(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素部を含む入出力部と、
画像処理回路、複数のプログラムが記憶された記憶回路、及びＣＰＵを備えるデータ処理部と、を含み、
前記画素部は、表示選択信号が入力され、前記表示選択信号に従って表示データ信号が入力され、入力される表示データ信号のデータに応じた表示状態になる複数の表示回路と、それぞれ入射する光の照度に応じたデータである光データを生成する複数の光検出回路と、を備える入出力装置の駆動方法であって、
前記画素部に被読み取り物が重畳するとき、前記複数の光検出回路のそれぞれにより第１の光データを生成し、
前記第１の光データを用いて前記画像処理回路により画像データを生成して前記記憶回路に保持し、
前記ＣＰＵにより、前記記憶回路から前記画像データを読み出し、
前記画像データを画像信号として前記入出力部に入力し、
前記入出力部により、前記画像信号から複数の表示データ信号を生成し、
生成した前記複数の表示データ信号を前記複数の表示回路のそれぞれに順次入力し、
前記複数の表示回路により、前記画素部に前記複数の表示データ信号のデータに応じた画像を表示することにより、前記被読み取り物と重畳する前記画素部の領域に前記被読み取り物と鏡像の関係になる画像を表示し、
前記被読み取り物と鏡像の関係になる画像を含む画像を表示している間に、前記複数の光検出回路のそれぞれにより第２の光データを生成することを特徴とする入出力装置の駆動方法。
【請求項２】
表示回路制御部、光検出回路制御部、及び画素部を含む入出力部と、
画像処理回路、複数のプログラムが記憶された記憶回路、及びＣＰＵを備えるデータ処理部と、を含み、
前記表示回路制御部は、表示選択信号を出力する表示駆動回路と、画像信号が入力され、入力された画像信号から複数の表示データ信号を出力する表示データ信号出力回路と、を含み、
前記光検出回路制御部は、光検出駆動回路を含み、
前記画素部は、前記表示選択信号が入力され、前記表示選択信号に従って前記複数の表示データ信号のいずれか一つが入力され、入力される表示データ信号のデータに応じた表示状態になる複数の表示回路と、前記光検出駆動回路に従って、それぞれ入射する光の照度に応じたデータである光データを生成する複数の光検出回路と、を備える入出力装置の駆動方法であって、
前記画素部に被読み取り物が重畳するとき、前記複数の光検出回路のそれぞれにより第１の光データを生成し、
前記第１の光データを用いて前記画像処理回路により画像データを生成して前記記憶回路に保持し、
前記ＣＰＵにより、前記記憶回路から前記画像データを読み出し、
前記画像データを画像信号として前記表示データ信号出力回路に入力し、
前記表示データ信号出力回路により、前記画像信号から複数の表示データ信号を生成し、
生成した前記複数の表示データ信号を前記複数の表示回路のそれぞれに順次入力し、
前記複数の表示回路により、前記画素部に前記複数の表示データ信号のデータに応じた画像を表示することにより、前記被読み取り物と重畳する前記画素部の領域に前記被読み取り物と鏡像の関係になる画像を表示し、
前記被読み取り物と鏡像の関係になる画像を含む画像を表示している間に、前記複数の光検出回路のそれぞれにより第２の光データを生成することを特徴とする入出力装置の駆動方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記複数の表示回路により、前記画素部に前記複数の表示データ信号のデータに応じた画像を表示することにより、前記被読み取り物と重畳しない前記画素部の領域に前記被読み取り物を鏡像反転させた画像を表示することを特徴とする入出力装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、入出力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報を出力する機能を有し、且つ光の入射により情報を入力する機能を有する装置（入出力装置ともいう）の技術開発が進められている。
【０００３】
入出力装置としては、行列方向に配置された複数の表示回路及び複数の光検出回路（光センサともいう）を画素部に備え、光センサに入射する光の照度を検出することにより、画素部に重畳する被読み取り物の座標を検出する機能（座標検出機能ともいう）及び被読み取り物の画像データを生成する機能（読み取り機能）を有する入出力装置が挙げられる（例えば特許文献１）。例えば座標検出機能により、上記入出力装置にタッチパネルとしての機能を付加させることができる。また、読み取り機能により、入出力装置にスキャナーとしての機能を付加させることができ、画素部において読み取り機能により生成した画像データに基づく画像を表示させることもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１０９４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の入出力装置では、読み取り機能により読み取った画像のコントラストが低いといった問題があった。
【０００６】
例えば、従来の入出力装置では、表示回路における光の透過率を最大にして被読み取り物の読み取り動作を行っていた。この場合、被読み取り物により反射した光がそのまま光検出回路に入射されやすくなるが、例えば黒の画像部分におけるコントラストが低くなる。
【０００７】
本発明の一態様では、読み取った画像を画素部に表示させる際に、表示画像のコントラストを向上させることを課題の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、光検出回路により入射する光の照度に応じた第１の光データを生成し、第１の光データを用いて画像データを生成し、表示回路により生成した画像データに基づく画像を画素部に表示させている間に、光検出回路により入射する光の照度に応じた第２の光データを生成するものである。これにより、光検出回路に入射する光の照度を画像に応じた値に制御しながら被読み取り物の読み取り動作を行い、読み取り画像のコントラストの向上を図る。
【０００９】
本発明の一態様は、画素部を含む入出力部と、画像処理回路、複数のプログラムが記憶された記憶回路、及びＣＰＵを備えるデータ処理部と、を含み、画素部は、表示選択信号が入力され、表示選択信号に従って表示データ信号が入力され、入力される表示データ信号のデータに応じた表示状態になる複数の表示回路と、それぞれ入射する光の照度に応じたデータである光データを生成する複数の光検出回路と、を備える入出力装置の駆動方法であって、画素部に被読み取り物が重畳するとき、複数の光検出回路のそれぞれにより第１の光データを生成し、第１の光データを用いて画像処理回路により画像データを生成して記憶回路に保持し、ＣＰＵにより、記憶回路から画像データを読み出し、画像データを画像信号として入出力部に入力し、入出力部により、画像信号から複数の表示データ信号を生成し、生成した複数の表示データ信号を複数の表示回路のそれぞれに順次入力し、複数の表示回路により、画素部に複数の表示データ信号のデータに応じた画像を表示することにより、被読み取り物と重畳する画素部の領域に被読み取り物と鏡像の関係になる画像を表示し、被読み取り物と鏡像の関係になる画像を含む画像を表示している間に、複数の光検出回路のそれぞれにより第２の光データを生成する入出力装置の駆動方法である。
【００１０】
また、本発明の一態様は、画素部を含む入出力部と、画像処理回路、複数のプログラムが記憶された記憶回路、及びＣＰＵを備えるデータ処理部と、を含み、画素部は、表示選択信号が入力され、表示選択信号に従って表示データ信号が入力され、入力される表示データ信号のデータに応じた表示状態になる複数の表示回路と、それぞれ入射する光の照度に応じたデータである光データを生成する複数の光検出回路と、を備える入出力装置の駆動方法であって、画素部にボタン画像を表示し、画素部に第１の被読み取り物が重畳するとき、複数の光検出回路のそれぞれにより第１の光データを生成し、第１の光データを用いて画像処理回路により画像データを生成して記憶回路に保持し、ＣＰＵにより、記憶回路から画像データを読み出し、画像データを画像信号として入出力部に入力し、入出力部により、画像信号から複数の表示データ信号を生成し、生成した複数の表示データ信号を複数の表示回路のそれぞれに順次入力し、複数の表示回路により、画素部に複数の表示データ信号のデータに応じた画像を表示することにより、被読み取り物と重畳しない画素部の領域に被読み取り物を鏡像反転させた画像を表示し、その後、ボタン画像が表示されている画素部の領域に第２の被読み取り物が重畳するときに、被読み取り物と重畳する画素部の領域に被読み取り物と鏡像の関係になる画像を表示し、被読み取り物と鏡像の関係になる画像を含む画像を表示している間に、複数の光検出回路のそれぞれにより第２の光データを生成することを特徴とする入出力装置の駆動方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一態様により、読み取り画像のコントラストを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１における入出力装置を説明するための図。
【図２】実施の形態２における入出力装置の機能例を説明するための図。
【図３】実施の形態３における入出力装置の機能例を説明するための図。
【図４】実施の形態４における光検出回路を説明するための図。
【図５】実施の形態５における表示回路を説明するための図。
【図６】実施の形態６に示すトランジスタの構造例を説明するための断面模式図。
【図７】図６（Ａ）に示すトランジスタの作製方法例を説明するための断面模式図。
【図８】実施の形態７における電子機器の例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を説明するための実施の形態の一例について、図面を用いて以下に説明する。但し、本発明は、以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定されない。
【００１４】
なお、各実施の形態の内容を互いに適宜組み合わせることができる。また、各実施の形態の内容を互いに置き換えることができる。
【００１５】
また、第１、第２などの序数を用いた用語は、構成要素の混同を避けるために付しており、各構成要素は、序数に限定されない。
【００１６】
（実施の形態１）
本実施の形態では、画像を表示することにより情報の出力が可能であり、且つ入射する光により情報の入力が可能な入出力装置（入出力システムともいう）の例について説明する。
【００１７】
本実施の形態における入出力装置の例について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態における入出力装置の例を説明するための図である。
【００１８】
まず、本実施の形態における入出力装置の構成例について、図１（Ａ）を用いて説明する。図１（Ａ）は、本実施の形態における入出力装置の構成例を示す模式図である。
【００１９】
図１（Ａ）に示す入出力装置は、入出力部（Ｉ／Ｏともいう）１０１と、入出力制御部（Ｉ／ＯＣＴＬともいう）１０２と、データ処理部（ＤａｔａＰともいう）１０３と、を含む。
【００２０】
入出力部１０１は、データの入出力を行う。
【００２１】
入出力制御部１０２は、入出力部１０１における入力動作及び出力動作を制御する。例えば、入力動作は、入射する光の照度に応じたデータの生成であり、出力動作は、画像の表示である。なお、入出力制御部１０２は、必ずしも設けなくてもよく、外部から入出力部１０１における動作を制御してもよい。
【００２２】
データ処理部１０３は、入力されるデータ信号に応じた処理を行う。また、データ処理部１０３は、必要に応じて、入力されるデータ信号のデータに応じて選択されたプログラムを実行する機能を有する。例えば、データ処理部１０３は、入出力部１０１から入力されるデータにより、被読み取り物の座標の検出又は画像データの生成などを行う。
【００２３】
さらに、入出力部１０１、入出力制御部１０２、及びデータ処理部１０３について以下に説明する。
【００２４】
入出力部１０１は、表示回路制御部１０１ａと、光検出回路制御部１０１ｂと、光源部１０１ｃと、画素部１０１ｄと、を含む。
【００２５】
表示回路制御部１０１ａは、表示駆動回路（ＤＩＳＰＤＲＶともいう）１１１と、表示データ信号出力回路（ＤＤＯＵＴともいう）１１２と、を含む。
【００２６】
光検出回路制御部１０１ｂは、光検出駆動回路（ＰＳＤＲＶともいう）１１３と、読み出し回路１１６と、を含む。
【００２７】
光源部１０１ｃは、ライトユニット（ＬＩＧＨＴともいう）１１４を含む。
【００２８】
画素部１０１ｄは、複数の表示回路（ＤＩＳＰともいう）１１５ｄと、複数の光検出回路（ＰＳともいう）１１５ｐと、を含む。画素部１０１ｄは、表示回路１１５ｄを備える画素を備える。なお、１個以上の表示回路１１５ｄにより１つの画素が構成される。また、画素に１個以上の光検出回路１１５ｐが含まれてもよい。また、複数の表示回路１１５ｄは、画素部１０１ｄにおいて、行列方向に配置される。また、複数の光検出回路１１５ｐは、画素部１０１ｄにおいて、行列方向に配置される。
【００２９】
表示駆動回路１１１は、パルス信号である複数の表示選択信号（信号ＤＳＥＬともいう）を出力する機能を有する。
【００３０】
表示駆動回路１１１は、例えばシフトレジスタを備える。表示駆動回路１１１は、シフトレジスタからパルス信号を出力させることにより、表示選択信号を出力することができる。
【００３１】
表示データ信号出力回路１１２には、画像を電気信号で表した画像信号が入力される。表示データ信号出力回路１１２は、入力された画像信号を元に電圧信号である表示データ信号（信号ＤＤともいう）を生成し、生成した表示データ信号を出力する機能を有する。
【００３２】
表示データ信号出力回路１１２は、例えばスイッチングトランジスタを備える。
【００３３】
なお、入出力装置において、トランジスタは、２つの端子と、印加される電圧により該２つの端子の間に流れる電流を制御する電流制御端子と、を有する。なお、トランジスタに限らず、素子において、互いの間に流れる電流が制御される端子を電流端子ともいい、２つの電流端子のそれぞれを第１の電流端子及び第２の電流端子ともいう。
【００３４】
また、入出力装置において、トランジスタとしては、例えば電界効果トランジスタを用いることができる。電界効果トランジスタの場合、第１の電流端子は、ソース及びドレインの一方であり、第２の電流端子は、ソース及びドレインの他方であり、電流制御端子は、ゲートである。
【００３５】
また、一般的に電圧とは、ある二点間における電位の差（電位差ともいう）のことをいう。しかし、電圧及び電位の値は、回路図などにおいていずれもボルト（Ｖ）で表されることがあるため、区別が困難である。そこで、本明細書では、特に指定する場合を除き、ある一点の電位と基準となる電位（基準電位ともいう）との電位差を、該一点の電圧として用いる場合がある。
【００３６】
表示データ信号出力回路１１２は、スイッチングトランジスタがオン状態のときに画像信号のデータを表示データ信号として出力することができる。スイッチングトランジスタは、電流制御端子にパルス信号である制御信号を入力することにより制御することができる。なお、表示回路１１５ｄの数が複数である場合には、複数のスイッチングトランジスタを選択的にオン状態又はオフ状態にすることにより、画像信号のデータを複数の表示データ信号として出力してもよい。
【００３７】
光検出駆動回路１１３は、パルス信号である光検出リセット信号（信号ＰＲＳＴともいう）を出力する機能を有する。なお、必要に応じて光検出駆動回路１１３がパルス信号である電荷蓄積制御信号（信号ＴＸともいう）、又は電荷蓄積制御信号及びパルス信号である出力選択信号（信号ＯＳＥＬともいう）を出力する機能を有する構成にしてもよい。
【００３８】
光検出駆動回路１１３は、例えばシフトレジスタを備える。このとき、光検出駆動回路１１３は、シフトレジスタからパルス信号を出力させることにより、光リセット信号、光検出リセット信号及び電荷蓄積制御信号、又は光検出リセット信号、電荷蓄積制御信号、及び出力選択信号を出力することができる。
【００３９】
ライトユニット１１４は、光源を備える発光ユニットである。
【００４０】
光源としては、例えば冷陰極管又は発光ダイオードを用いることができる。発光ダイオードは、可視光領域（例えば光の波長が３６０ｎｍ乃至８３０ｎｍである領域）の波長を有する光を発する発光ダイオードである。発光ダイオードとしては、例えば白色発光ダイオードを用いることができる。なお、それぞれの色の発光ダイオードの数は、複数でもよい。また、発光ダイオードとして、例えば赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、及び青色発光ダイオードを用いてもよい。赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、及び青色発光ダイオードを用いることにより、例えば１つのフレーム期間中に表示選択信号に従って、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、及び青色発光ダイオードの一つ又は複数を順次切り替えて発光させることにより、フルカラーの画像を表示する駆動方式（フィールドシーケンシャル駆動方式）を用いることができ、且つフルカラーでの被読み取り物の読み取りを行うことができる。
【００４１】
なお、例えば発光ダイオードの点灯を制御する制御回路を設け、パルス信号であり、該制御回路に入力される制御信号に従って、発光ダイオードの点灯を制御することもできる。
【００４２】
表示回路１１５ｄは、ライトユニット１１４に重畳する。例えばライトユニット１１４からの光が被読み取り物により反射し、反射した光が表示回路１１５ｄに入射する。また、表示回路１１５ｄには、パルス信号である表示選択信号が入力され、且つ入力された表示選択信号に従って表示データ信号が入力される。表示回路１１５ｄは、入力された表示データ信号のデータに応じた表示状態になる機能を有する。
【００４３】
表示回路１１５ｄは、例えば表示選択トランジスタ及び表示素子を備える。
【００４４】
表示選択トランジスタは、表示素子に表示データ信号のデータを入力させるか否かを選択する機能を有する。
【００４５】
表示素子は、表示選択トランジスタに従って表示データ信号のデータが入力されることにより、表示データ信号のデータに応じた表示状態になる機能を有する。
【００４６】
表示素子としては、例えば液晶素子などを用いることができる。
【００４７】
また、液晶素子を備える入出力装置の表示方式としては、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ  Ｐｌａｎｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ  Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ  Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ａｌｉｇｎｅｄ  Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｄｏｍａｉｎ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＶ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｓｕｐｅｒ  Ｖｉｅｗ）モード、又はＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードなどを用いてもよい。
【００４８】
光検出回路１１５ｐは、ライトユニット１１４に重畳する。例えば、画素部１０１ｄに被読み取り物がある場合、ライトユニット１１４から照射された光が被読み取り物により反射し、該反射した光が光検出回路１１５ｐに入射する。光検出回路１１５ｐには、光検出リセット信号及び電荷蓄積制御信号が入力される。また、赤色用、緑色用、及び青色用の光検出回路１１５ｐを設けることもできる。例えば、赤色、緑色、及び青色のカラーフィルタを設け、赤色、緑色、及び青色のカラーフィルタを介してそれぞれの色用の光検出回路１１５ｐにより光データを生成し、生成した複数の光データを合成して画像データを生成することにより、フルカラーの画像データを生成することもできる。
【００４９】
光検出回路１１５ｐは、光検出回路制御部に従って入射する光の照度に応じた電圧データ（光データ又はＰＤＡＴＡともいう）を生成する機能を有する。
【００５０】
光検出回路１１５ｐは、光検出リセット信号に従ってリセット状態になる機能を有する。
【００５１】
また、光検出回路１１５ｐは、電荷蓄積制御信号に従って、光データを生成する機能を有する。
【００５２】
また、光検出回路１１５ｐは、出力選択信号に従って、生成した光データを光データ信号として出力する機能を有する。
【００５３】
光検出回路１１５ｐは、例えば光電変換素子、増幅トランジスタ、及び出力選択トランジスタを備える。
【００５４】
光電変換素子は、光が入射することにより、入射した光の照度に応じて電流（光電流ともいう）が流れる機能を有する。
【００５５】
出力選択トランジスタの電流制御端子には、出力選択信号が入力される。出力選択トランジスタは、光データ信号として光データを光検出回路１１５ｐから出力するか否かを選択する機能を有する。
【００５６】
なお、光検出回路１１５ｐは、増幅トランジスタの第１の電流端子又は第２の電流端子を介して光データを光データ信号として出力する。
【００５７】
読み出し回路１１６は、光データを読み出す光検出回路１１５ｐを選択し、選択した光検出回路１１５ｐから光データを読み出す機能を有する。
【００５８】
読み出し回路１１６は、例えば選択回路を用いて構成される。例えば、選択回路は、スイッチングトランジスタを備え、該スイッチングトランジスタに従って光検出回路１１５ｐから光データ信号が入力されることにより光データを読み出すことができる。
【００５９】
また、入出力制御部１０２は、表示回路制御部（ＤＣＴＬともいう）１２１と、光検出回路制御部（ＰＤＣＴＬともいう）１２２と、を含む。
【００６０】
表示回路制御部１２１は、表示回路１１５ｄにおける表示動作を制御する。表示回路制御部１２１は、入出力部１０１及びデータ処理部１０３における各回路とデータのやりとりを行う。
【００６１】
光検出回路制御部１２２は、光検出回路１１５ｐにおける光データ生成動作及び読み出し動作を制御する。光検出回路制御部１２２は、入出力部１０１及びデータ処理部１０３における各回路とデータのやりとりを行う。
【００６２】
また、データ処理部１０３は、画像処理回路（ＩＭＧＰともいう）１３１と、記憶回路（ＭＥＭＯＲＹともいう）１３２と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１３３と、を含む。
【００６３】
画像処理回路１３１は、入力された光データを用いて画像データを生成する。
【００６４】
記憶回路１３２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）を含む。なお、ＲＡＭは、複数でもよい。また、ＲＯＭには、所定の動作を行うためのプログラムのデータなどが記憶されている。なお、プログラムの数は、適宜設定することができる。
【００６５】
ＣＰＵ１３３は、命令信号が入力され、入力された命令信号に応じたプログラムを実行する。
【００６６】
次に、本実施の形態における入出力装置の駆動方法例として、図１（Ａ）に示す入出力装置の駆動方法例について、図１（Ｂ）を用いて説明する。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す入出力装置の駆動方法例を説明するためのフローチャートである。
【００６７】
図１（Ａ）に示す入出力装置の駆動方法例では、表示選択信号のパルスに従って表示回路１１５ｄに表示データ信号が入力され、表示回路１１５ｄは、入力された表示データ信号のデータに応じた表示状態になり、画素部１０１ｄは、画像を表示する。
【００６８】
また、図１（Ａ）に示す入出力装置の駆動方法例では、図１（Ｂ）に示すステップＳ１１乃至ステップＳ１４における動作を行う。各動作について以下に説明する。
【００６９】
まず、ステップＳ１１として、第１の光データの生成（第１の光データ生成ともいう）を行う。
【００７０】
第１の光データの生成における動作としては、複数の光検出回路１１５ｐのそれぞれに入射する光の照度に応じた複数の第１の光データを生成する。なお、複数の第１の光データを生成する前に、光検出リセット信号に従って複数の光検出回路１１５ｐのそれぞれをリセット状態にする。また、第１の光データを生成する際に、表示回路１１５ｄにおける光の透過率を最大にしておいてもよい。
【００７１】
さらに、出力選択信号に従って、複数の光検出回路１１５ｐにより生成した第１の光データを光データ信号として順次出力する。さらに、読み出し回路１１６により複数の光検出回路１１５ｐから出力された第１の光データを順次読み出して出力することにより、順次光データ信号をデータ処理部１０３に出力する。
【００７２】
データ処理部１０３に光データ信号が入力されると、光データ信号のデータ（第１の光データ）は、記憶回路１３２におけるＲＡＭの指定されたメモリアドレスに順次記憶される。また、各第１の光データの座標情報も座標データとしてＲＡＭに記憶してもよい。また、光データ信号がアナログ信号の場合には光データ信号をデジタル信号に変換してもよい。
【００７３】
次に、ステップＳ１２として、画像データの生成（画像データ生成ともいう）を行う。
【００７４】
画像データ生成の動作としては、画像処理回路１３１により、第１の光データを用いて画像データを生成し、生成した画像データを適宜記憶回路１３２に記憶する。
【００７５】
次に、ステップＳ１３として、画像の表示（画像表示ともいう）を行う。
【００７６】
画像表示の動作としては、ＣＰＵ１３３により、記憶回路１３２から第１の光データに基づいて生成された画像データを読み出し、該画像データを画像信号として入出力部１０１に入力する。さらに、第１の光データに基づいて生成された画像データを含む画像信号から、表示データ信号出力回路１１２により表示データ信号を生成する。さらに、生成した表示データ信号を複数の表示回路１１５ｄのそれぞれに順次入力していき、画素部１０１ｄにおいて第１の光データを用いて生成した画像データに基づく画像を表示する。なお、画像を表示する前に、生成した画像データに対して、画像処理回路１３１により画像処理を行ってもよい。画像処理としては、例えばノイズ除去処理、又は色補正処理などが挙げられる。
【００７７】
次に、ステップＳ１４として、第２の光データの生成（第２の光データ生成ともいう）を行う。
【００７８】
第２の光データ生成の動作としては、画素部１０１ｄに第１の光データを用いて生成した画像データに基づく画像が表示されている間に、複数の光検出回路１１５ｐのそれぞれに入射する光の照度に応じた複数の第２の光データを生成する。なお、複数の第２の光データを生成する前に、光検出リセット信号に従って光検出回路１１５ｐをリセット状態にする。第１の光データを用いて生成した画像データに基づく画像により、生成される第２の光データの値は、第１の光データを用いて生成した画像データに基づいて設定される。すなわち、第２の光データの値は、第１の光データの値に応じて調整される。
【００７９】
例えば、被読み取り物が画素部１０１ｄに重畳するときに、第１の光データを生成し、第１の光データに基づく画像を表示することにより、被読み取り物が重畳する画素部１０１ｄに領域に被読み取り物と鏡像の関係になる画像を表示する。さらに、被読み取り物と鏡像の関係になる画像が表示されている間に、第２の光データを生成する。これにより、被読み取り物と鏡像の関係になる画像の階調値の低い部分の光検出回路１１５ｐには、光が入射しにくくなり、第２の光データの値が低くなる。
【００８０】
さらに、出力選択信号に従って、複数の光検出回路１１５ｐにより生成した複数の第２の光データを光データ信号として順次出力する。さらに、読み出し回路１１６により、複数の光検出回路１１５ｐから出力された複数の第２の光データを順次読み出して出力することにより、光データ信号をデータ処理部１０３に出力する。
【００８１】
さらに、その後、データ処理部１０３に入力された光データ信号のデータを用いて画像処理回路１３１により、第２の光データに基づく画像データを生成し、第２の光データに基づいて生成された画像データを含む画像信号から表示データ信号を生成し、生成した表示データ信号を表示回路１１５ｄに順次入力していき、画素部１０１ｄにおいて第２の光データを用いて生成した画像データに基づく画像を表示してもよい。このとき、第２の光データを用いて生成した画像データに基づく画像は、第１の光データを用いて生成した画像データに基づく画像に応じて光データの値が調整されているため、第１の光データを用いて生成した画像データに基づく画像よりコントラストが高い。
【００８２】
図１を用いて説明したように、本実施の形態における入出力装置の一例は、第１の光データを生成し、該第１の光データを用いて画像を生成して表示し、該第１の光データに基づく画像が表示されている間に、第２の光データを生成する構成である。上記構成の場合、第２の光データを生成する際に、光検出回路に入射する光の照度は、隣接する表示回路の表示画像に応じた値、すなわち第１の光データに応じた値になる。よって、第１の光データに応じて光検出回路に入射する光の照度を制御しながら第２の光データを生成することができる。よって、例えば第２の光データを用いて画像を生成して表示する際に、該画像のコントラストを向上させることができる。
【００８３】
（実施の形態２）
本実施の形態では、上記実施の形態１に示す入出力装置の機能例について説明する。
【００８４】
本実施の形態における入出力装置の機能例について、図２を用いて説明する。図２は、本実施の形態における入出力装置の機能例を説明するための模式図である。
【００８５】
まず、図２（Ａ）に示すように、画素部１０１ｄに被読み取り物１４２ａを重畳させる。被読み取り物１４２ａには、一例として文字が記載されている。なお、図２では、一例として被読み取り物１４２ａと画素部１０１ｄの間に間隔を有しているが、これに限定されず、被読み取り物１４２ａが画素部１０１ｄに接してもよい。また、このとき、画素部１０１ｄにおける光検出回路１１５ｐにより第１の光データを生成する。
【００８６】
さらに、画像処理回路１３１により、生成した第１の光データから画像データを生成する。さらに、上記画像データを画像信号とし、該画像信号から表示データ信号を生成し、生成した表示データ信号を表示回路１１５ｄに順次入力していき、図２（Ｂ）に示すように、該画像データに基づいて、被読み取り物１４２ａに重畳する画素部１０１ｄの領域に被読み取り物画像１４４ａを表示させる。被読み取り物画像１４４ａは、被読み取り物１４２ａと鏡像の関係になる。また、被読み取り物画像１４４ａの大きさは、被読み取り物１４２ａの大きさと同じであることが好ましい。また、画像処理回路１３１により第１の光データに基づく画像データの画像処理を行うことにより、被読み取り物画像１４４ａの大きさを、被読み取り物１４２ａの大きさと同じにしてもよい。
【００８７】
なお、このとき図２（Ｂ）に示すように、被読み取り物１４２ａに重畳する画素部１０１ｄの領域とは別の領域に被読み取り物画像１４４ｂを表示させてもよい。このとき、被読み取り物画像１４４ｂを、被読み取り物１４２ａを鏡像反転させた画像にしてもよい。被読み取り物画像１４４ｂは、プレビュー画像としての機能を有する。なお、被読み取り物画像１４４ｂの大きさは、適宜設定される。
【００８８】
さらに、被読み取り物１４２ａが画素部１０１ｄに重畳し、被読み取り物画像１４４ａを表示している間に、画素部１０１ｄにおける光検出回路１１５ｐにより第２の光データを生成する。このとき、光検出回路１１５ｐに入射する光は、表示回路１１５ｄにおける光の透過率に応じた照度になる。
【００８９】
例えば、表示回路１１５ｄの表示状態が黒に近いほど、該表示回路１１５ｄにおいて光が透過しにくく、該表示回路１１５ｄに隣接する光検出回路１１５ｐに入射する光の照度は低くなる。例えば、被読み取り物画像１４４ａにおける文字の部分は、該表示回路１１５ｄにおいて光が透過しにくい。
【００９０】
さらに、生成した第２の光データから画像データを生成し、図２（Ｃ）に示すように、該画像データに基づいて、被読み取り物１４２ａに重畳する画素部１０１ｄの領域に被読み取り物画像１４４ｄを表示させる。被読み取り物画像１４４ｄは、被読み取り物１４２ａと鏡像の関係になる。なお、被読み取り物画像１４４ｄのコントラストは、被読み取り物画像１４４ｂのコントラストより高い。
【００９１】
また、このとき被読み取り物１４２ａに重畳する画素部１０１ｄの領域に被読み取り物画像１４４ｃを表示させてもよい。このとき、被読み取り物画像１４４ｃは、被読み取り物１４２ａと鏡像の関係になり、被読み取り物画像１４４ｃの大きさは、被読み取り物１４２ａの大きさと同じであることが好ましい。また、被読み取り物画像１４４ｄのコントラストは、被読み取り物画像１４４ｂのコントラストより高い。
【００９２】
また、被読み取り物画像１４４ｃを表示させた後に、光データを生成し、該光データに応じた画像データに基づく画像を表示させる動作を複数回行ってもよい。
【００９３】
このとき、データを生成し、該光データに基づく画像を表示させる動作の回数を、生成した画像データの階調値に応じて設定することができる。
【００９４】
例えば、生成した光データに基づく画像データのそれぞれにおける座標データ及び階調データを記憶回路１３２に記憶しておく。さらに、ＣＰＵ１３３により該画像データを順次読み出す。このとき、一番暗い階調を表す画像データの階調が０である場合には、該画像データを記憶回路１３２に書き込む。また、一番暗い階調を表す画像データの階調が０でない場合、再度光データの生成及び画像データに基づく画像の表示動作を繰り返し行い、一番暗い階調を表す画像データの階調が０又は初期値より基準値以上変化したら該画像データを記憶回路１３２に書き込む。なお、例えば比較回路などにより複数の画像データを順次比較することにより、一番暗い階調を表す画像データを選択することができる。
【００９５】
図２を用いて説明したように、実施の形態１に示す入出力装置は、被読み取り物が重畳しているときに第１の光データを生成し、第１の光データに基づいて被読み取り物が重畳する画素部の領域に、被読み取り物と鏡像の関係になる画像を表示させ、被読み取り物と鏡像の関係になる画像を表示させている間に第２の光データを生成する構成である。上記構成にすることにより、第２の光データを生成する際に、光検出回路に入射する光の照度を表示画像に応じた値にすることができるため、被読み取り物の画像のコントラストを向上させることができる。
【００９６】
（実施の形態３）
本実施の形態では、上記実施の形態１に示す入出力装置の機能例について説明する。本実施の形態における入出力装置の機能例において、実施の形態２に示す入出力装置の機能例の説明と同じ部分については、実施の形態２に示す入出力装置の機能例の説明を適宜援用する。
【００９７】
本実施の形態における入出力装置の機能例について図３を用いて説明する。図３は、本実施の形態における入出力装置の機能例を説明するための模式図である。
【００９８】
まず、図３（Ａ）に示すように、ボタン画像１４３が表示された画素部１０１ｄに被読み取り物１４２ａを重畳させる。被読み取り物１４２ａには、一例として文字が記載されている。なお、図３では、一例として被読み取り物１４２ａと画素部１０１ｄの間に間隔を有しているが、これに限定されず、被読み取り物１４２ａが画素部１０１ｄに接してもよい。また、このとき、画素部１０１ｄにおける光検出回路１１５ｐにより第１の光データを生成する。
【００９９】
さらに、画像処理回路１３１により、生成した第１の光データから画像データを生成する。さらに、上記画像データを画像信号とし、該画像信号から表示データ信号を生成し、生成した表示データ信号を表示回路１１５ｄに順次入力していき、図３（Ｂ）に示すように、被読み取り物１４２ａに重畳する画素部１０１ｄの領域とは別の領域に被読み取り物画像１４４ｂを表示させる。このとき、被読み取り物画像１４４ｂは、被読み取り物１４２ａを鏡像反転させた画像である。被読み取り物画像１４４ｂは、プレビュー画像としての機能を有する。なお、被読み取り物画像１４４ｂの大きさは、適宜設定される。
【０１００】
次に、図３（Ｃ）に示すように、必要に応じてボタン画像１４３に被読み取り物１４２ｂを重畳させる。すると、画像処理回路１３１により、生成した第１の光データから画像データを生成し、図３（Ｃ）に示すように、該画像データに基づいて、被読み取り物１４２ａに重畳する画素部１０１ｄの領域に被読み取り物画像１４４ａを表示させる。なお、被読み取り物１４２ｂとしては、例えば指やペンなどが挙げられる。
【０１０１】
さらに、被読み取り物１４２ａが画素部１０１ｄに重畳し、被読み取り物画像１４４ａを表示している間に、画素部１０１ｄにおける光検出回路１１５ｐにより第２の光データを生成する。このとき、光検出回路１１５ｐに入射する光は、表示回路１１５ｄにおける光の透過率に応じた照度になる。
【０１０２】
例えば、表示回路１１５ｄの表示状態が黒に近いほど、該表示回路１１５ｄにおいて光が透過しにくく、該表示回路１１５ｄに隣接する光検出回路１１５ｐに入射する光の照度は低くなる。例えば、被読み取り物画像１４４ａにおける文字の部分は、該表示回路１１５ｄにおいて光が透過しにくい。
【０１０３】
さらに、生成した第２の光データから画像データを生成し、図３（Ｄ）に示すように、該画像データに基づいて、被読み取り物１４２ａに重畳する画素部１０１ｄの領域とは別の領域に被読み取り物画像１４４ｄを表示させる。被読み取り物画像１４４ｄは、被読み取り物１４２ａと鏡像の関係になる。なお、被読み取り物画像１４４ｄのコントラストは、被読み取り物画像１４４ｂのコントラストより高い。
【０１０４】
また、このとき被読み取り物１４２ａに重畳する画素部１０１ｄの領域に被読み取り物画像１４４ｃを表示させてもよい。このとき、被読み取り物画像１４４ｃは、被読み取り物１４２ａと鏡像の関係になり、被読み取り物画像１４４ｃの大きさは、被読み取り物１４２ａの大きさと同じであることが好ましい。また、被読み取り物画像１４４ｄのコントラストは、被読み取り物画像１４４ｂのコントラストより高い。
【０１０５】
また、被読み取り物画像１４４ｃを表示させた後に、光データを生成し、該光データに応じた画像データに基づく画像を表示させる動作を複数回行ってもよい。
【０１０６】
このとき、光データを生成し、該光データに基づく画像を表示させる動作の回数を、生成した画像データの階調値に応じて設定することができる。
【０１０７】
例えば、生成した光データに基づく画像データのそれぞれにおける座標データ及び階調データを記憶回路１３２に記憶しておく。さらに、ＣＰＵ１３３により上記画像データを順次読み出す。このとき、一番暗い階調を表す画像データの階調が０である場合には、該画像データを記憶回路１３２に書き込む。また、一番暗い階調を表す画像データの階調が０でない場合、再度光データの生成及び画像データに基づく画像の表示動作を繰り返し行い、一番暗い階調を表す画像データの階調が０又は初期値より基準値以上変化したら該画像データを記憶回路１３２に書き込む。なお、例えば比較回路などにより複数の画像データを順次比較することにより、一番暗い階調を表す画像データを選択することができる。
【０１０８】
図３を用いて説明したように、実施の形態１に示す入出力装置は、被読み取り物が重畳しているときに第１の光データを生成し、第１の光データに基づいて被読み取り物が重畳する画素部の領域に、被読み取り物と鏡像の関係になる画像を表示させ、被読み取り物と鏡像の関係になる画像を表示させている間に第２の光データを生成する構成である。上記構成にすることにより、第２の光データを生成する際に、光検出回路に入射する光の照度を表示画像に応じた値にすることができるため、被読み取り物の画像のコントラストを向上させることができる。
【０１０９】
また、実施の形態１に示す入出力装置は、表示させた被読み取り物画像を確認しながら、再度光データを生成するか否かを選択することができる構成である。上記構成にすることにより、視認者により、最適な被読み取り物の画像のコントラストを設定することができる。
【０１１０】
（実施の形態４）
本実施の形態では、上記実施の形態の入出力装置における光検出回路の例について説明する。
【０１１１】
本実施の形態における光検出回路の例について、図４を用いて説明する。図４は、本実施の形態における光検出回路の例を説明するための図である。
【０１１２】
まず、本実施の形態の光検出回路の構成例について、図４（Ａ）乃至図４（Ｃ）を用いて説明する。図４（Ａ）乃至図４（Ｃ）は、本実施の形態における光検出回路の構成例を示す図である。
【０１１３】
図４（Ａ）に示す光検出回路は、光電変換素子（ＰＣＥともいう）１５１ａと、トランジスタ１５２ａと、トランジスタ１５３ｃと、を備える。
【０１１４】
なお、図４（Ａ）に示す光検出回路において、トランジスタ１５２ａ及びトランジスタ１５３ａは、電界効果トランジスタである。
【０１１５】
光電変換素子１５１ａは、第１の電流端子及び第２の電流端子を有し、光電変換素子１５１ａの第１の電流端子には、信号ＰＲＳＴが入力される。
【０１１６】
トランジスタ１５２ａのゲートは、光電変換素子１５１ａの第２の電流端子に電気的に接続される。
【０１１７】
トランジスタ１５３ａのソース及びドレインの一方は、トランジスタ１５２ａのソース及びドレインの一方に電気的に接続され、トランジスタ１５３ａのゲートには、信号ＯＳＥＬが入力される。
【０１１８】
なお、トランジスタ１５２ａのソース及びドレインの他方、並びにトランジスタ１５３ａのソース及びドレインの他方のうちの一方には、電圧Ｖａが入力される。
【０１１９】
さらに、図４（Ａ）に示す光検出回路は、トランジスタ１５２ａのソース及びドレインの他方、並びにトランジスタ１５３ａのソース及びドレインの他方のうちの他方から光データを光データ信号として出力する。
【０１２０】
図４（Ｂ）に示す光検出回路は、光電変換素子１５１ｂと、トランジスタ１５２ｂと、トランジスタ１５３ｂと、トランジスタ１５４と、トランジスタ１５５と、を備える。
【０１２１】
なお、図４（Ｂ）に示す光検出回路において、トランジスタ１５２ｂ、トランジスタ１５３ｂ、トランジスタ１５４、及びトランジスタ１５５は、電界効果トランジスタである。
【０１２２】
光電変換素子１５１ｂは、第１の電流端子及び第２の電流端子を有し、光電変換素子１５１ｂの第１の電流端子には、電圧Ｖｂが入力される。
【０１２３】
トランジスタ１５４のソース及びドレインの一方は、光電変換素子１５１ｂの第２の電流端子に電気的に接続され、トランジスタ１５４のゲートには、電荷蓄積制御信号が入力される。電荷蓄積制御信号は、パルス信号である。
【０１２４】
トランジスタ１５２ｂのゲートは、トランジスタ１５４のソース及びドレインの他方に電気的に接続される。
【０１２５】
トランジスタ１５５のソース及びドレインの一方には、電圧Ｖａが入力され、トランジスタ１５５のソース及びドレインの他方は、トランジスタ１５４のソース及びドレインの他方に電気的に接続され、トランジスタ１５５のゲートには、信号ＰＲＳＴが入力される。
【０１２６】
トランジスタ１５３ｂのソース及びドレインの一方は、トランジスタ１５２ｂのソース及びドレインの一方に電気的に接続され、トランジスタ１５３ｂのゲートには、信号ＯＳＥＬが入力される。
【０１２７】
なお、トランジスタ１５２ｂのソース及びドレインの他方、並びにトランジスタ１５３ｂのソース及びドレインの他方のうちの一方には、電圧Ｖａが入力される。
【０１２８】
また、図４（Ｂ）に示す光検出回路は、トランジスタ１５２ｂのソース及びドレインの他方、並びにトランジスタ１５３ｂのソース及びドレインの他方のうちの他方から光データを光データ信号として出力する。
【０１２９】
なお、図４（Ｂ）に示す光検出回路を複数具備する場合、全ての光検出回路に同じ電荷蓄積制御信号を入力することもできる。全ての光検出回路に同じ電荷蓄積制御信号を入力して光データを生成する駆動方式をグローバルシャッター方式ともいう。
【０１３０】
図４（Ｃ）に示す光検出回路は、光電変換素子１５１ｃと、トランジスタ１５２ｃと、容量素子１５６と、を備える。
【０１３１】
光電変換素子１５１ｃは、第１の電流端子及び第２の電流端子を有し、光電変換素子１５１ｃの第１の電流端子には、信号ＰＲＳＴが入力される。
【０１３２】
容量素子１５６は、第１の容量電極及び第２の容量電極を有し、容量素子１５６の第１の容量電極には、信号ＯＳＥＬが入力され、容量素子１５６の第２の容量電極は、光電変換素子１５１ｃの第２の電流端子に電気的に接続される。
【０１３３】
トランジスタ１５２ｃのソース及びドレインの一方には、電圧Ｖａが入力され、トランジスタ１５２ｃのゲートは、光電変換素子１５１ｃの第２の電流端子に電気的に接続される。
【０１３４】
なお、図４（Ｃ）に示す光検出回路は、トランジスタ１５２ｃのソース及びドレインの他方から光データを光データ信号として出力する。
【０１３５】
さらに、図４（Ａ）乃至図４（Ｃ）に示す光検出回路の各構成要素について説明する。
【０１３６】
光電変換素子１５１ａ乃至光電変換素子１５１ｃとしては、例えばフォトダイオード又はフォトトランジスタなどを用いることができる。フォトダイオードの場合、フォトダイオードのアノード及びカソードの一方が光電変換素子の第１の電流端子に相当し、フォトダイオードのアノード及びカソードの他方が光電変換素子の第２の電流端子に相当し、フォトトランジスタの場合、フォトトランジスタのソース及びドレインの一方が光電変換素子の第１の電流端子に相当し、フォトトランジスタのソース及びドレインの他方が光電変換素子の第２の電流端子に相当する。
【０１３７】
トランジスタ１５２ａ乃至トランジスタ１５２ｃは、増幅トランジスタとしての機能を有する。
【０１３８】
トランジスタ１５４は、電荷蓄積制御トランジスタとしての機能を有する。電荷蓄積制御トランジスタは、増幅トランジスタのゲートの電圧を、光電変換素子に流れる光電流に応じた値に設定するか否かを制御する機能を有する。なお、本実施の形態の光検出回路では、トランジスタ１５４を必ずしも設けなくてもよいが、トランジスタ１５４を設けることにより、トランジスタ１５２ｂのゲートが浮遊状態のときに、一定期間トランジスタ１５２ｂのゲートの電圧の値を維持することができる。
【０１３９】
トランジスタ１５５は、光検出リセットトランジスタとしての機能を有する。光検出リセットトランジスタは、増幅トランジスタのゲートの電圧を、基準値に設定するか否かを選択する機能を有する。
【０１４０】
トランジスタ１５３ａ及びトランジスタ１５３ｂは、出力選択トランジスタとしての機能を有する。
【０１４１】
なお、トランジスタ１５２ａ、トランジスタ１５２ｂ、トランジスタ１５３ａ、トランジスタ１５３ｂ、トランジスタ１５４、及びトランジスタ１５５としては、例えばチャネルが形成され、元素周期表における第１４族の半導体（シリコンなど）を含有する半導体層又は酸化物半導体層を含むトランジスタを用いることができる。例えば、上記酸化物半導体層を含むトランジスタを用いることにより、トランジスタ１５２ａ、トランジスタ１５２ｂ、トランジスタ１５３ａ、トランジスタ１５３ｂ、トランジスタ１５４、及びトランジスタ１５５のリーク電流によるゲートの電圧の変動を抑制することができる。
【０１４２】
次に、図４（Ａ）乃至図４（Ｃ）に示す光検出回路の駆動方法例について説明する。
【０１４３】
まず、図４（Ａ）に示す光検出回路の駆動方法例について、図４（Ｄ）を用いて説明する。図４（Ｄ）は、図４（Ａ）に示す光検出回路の駆動方法の一例を説明するためのタイミングチャートであり、信号ＰＲＳＴ、信号ＯＳＥＬ、及びトランジスタ１５３ａのそれぞれの状態を示す。なお、ここでは、一例として光電変換素子１５１ａがフォトダイオードである場合について説明する。
【０１４４】
図４（Ａ）に示す光検出回路の駆動方法の一例では、まず期間Ｔ３１において、信号ＰＲＳＴのパルス（ｐｌｓともいう）が入力される。また、期間Ｔ３１から期間Ｔ３２にかけて信号ＰＣＴＬのパルスが入力される。なお、期間Ｔ３１において、信号ＰＲＳＴのパルスの入力開始のタイミングは、信号ＰＣＴＬのパルスの入力開始のタイミングより早くてもよい。
【０１４５】
このとき、光電変換素子１５１ａは、順方向に電流が流れる状態になり、トランジスタ１５３ａがオフ状態（ＯＦＦともいう）になる。
【０１４６】
このとき、トランジスタ１５２ａのゲートの電圧は、一定の値にリセットされる。
【０１４７】
次に、信号ＰＲＳＴのパルスが入力された後の期間Ｔ３２において、光電変換素子１５１ａは、順方向とは逆方向に電圧が印加された状態になり、トランジスタ１５３ａはオフ状態のままである。
【０１４８】
このとき、光電変換素子１５１ａに入射した光の照度に応じて、光電変換素子１５１ａの第１の電流端子及び第２の電流端子の間に光電流が流れる。さらに光電流に応じてトランジスタ１５２ａのゲートの電圧の値が変化する。このとき、トランジスタ１５２ａのソース及びドレインの間のチャネル抵抗の値が変化する。
【０１４９】
次に、期間Ｔ３３において、信号ＯＳＥＬのパルスが入力される。
【０１５０】
このとき、光電変換素子１５１ａは、順方向とは逆方向に電圧が印加された状態のままであり、トランジスタ１５３ａがオン状態（ＯＮともいう）になり、トランジスタ１５２ａのソース及びドレイン、並びにトランジスタ１５３ａのソース及びドレインを介して電流が流れる。トランジスタ１５２ａのソース及びドレイン、並びにトランジスタ１５３ａのソース及びドレインを介して流れる電流は、トランジスタ１５２ａのゲート電圧の値に依存する。よって、光データは、光電変換素子１５１ａに入射する光の照度に応じた値となる。さらに、図４（Ａ）に示す光検出回路は、トランジスタ１５２ａのソース及びドレインの他方、並びにトランジスタ１５３ａのソース及びドレインの他方のいずれか他方から光データ信号として出力する。以上が図４（Ａ）に示す光検出回路の駆動方法例である。
【０１５１】
次に、図４（Ｂ）に示す光検出回路の駆動方法例について、図４（Ｅ）を用いて説明する。図４（Ｅ）は、図４（Ｂ）に示す光検出回路の駆動方法例を説明するためのタイミングチャートである。
【０１５２】
図４（Ｂ）に示す光検出回路の駆動方法例では、まず期間Ｔ４１において、信号ＰＲＳＴのパルスが入力され、また、期間Ｔ４１から期間Ｔ４２にかけて信号ＰＣＴＬのパルスが入力される。なお、期間Ｔ４１において、信号ＰＲＳＴのパルスの入力開始のタイミングは、信号ＰＣＴＬのパルスの入力開始のタイミングより早くてもよい。
【０１５３】
このとき、期間Ｔ４１において、光電変換素子１５１ｂが順方向に電流が流れる状態になり、トランジスタ１５４がオン状態になることにより、トランジスタ１５２ｂのゲートの電圧は、電圧Ｖａと同等の値にリセットされる。
【０１５４】
さらに、信号ＰＲＳＴのパルスが入力された後の期間Ｔ４２において、光電変換素子１５１ｂが順方向とは逆方向に電圧が印加された状態になり、トランジスタ１５４がオン状態のままであり、トランジスタ１５５がオフ状態になる。
【０１５５】
このとき、光電変換素子１５１ｂに入射した光の照度に応じて、光電変換素子１５１ｂの第１の電流端子及び第２の電流端子の間に光電流が流れる。さらに、光電流に応じてトランジスタ１５２ｂのゲートの電圧の値が変化する。このとき、トランジスタ１５２ｂのソース及びドレインの間のチャネル抵抗の値が変化する。
【０１５６】
さらに、信号ＰＣＴＬのパルスが入力された後の期間Ｔ４３において、トランジスタ１５４がオフ状態になる。
【０１５７】
このとき、トランジスタ１５２ｂのゲートの電圧は、期間Ｔ４２における光電変換素子１５１ｂの光電流に応じた値に保持される。なお、期間Ｔ４３を必ずしも設けなくてもよいが、期間Ｔ４３を設けることにより、光検出回路において、データ信号を出力するタイミングを適宜設定することができ、例えば複数の光検出回路において、それぞれデータ信号を出力するタイミングを適宜設定することができる。
【０１５８】
さらに、期間Ｔ４４において、信号ＯＳＥＬのパルスが入力される。
【０１５９】
このとき、光電変換素子１５１ｂが順方向とは逆方向に電圧が印加された状態のままであり、トランジスタ１５３ｂがオン状態になる。
【０１６０】
さらに、このとき、トランジスタ１５２ｂのソース及びドレイン、並びにトランジスタ１５３ｂのソース及びドレインを介して電流が流れ、図４（Ｂ）に示す光検出回路は、トランジスタ１５２ｂのソース及びドレインの他方、並びにトランジスタ１５３ｂのソース及びドレインの他方のうちの他方から光データをデータ信号として出力する。以上が図４（Ｂ）に示す光検出回路の駆動方法例である。
【０１６１】
次に、図４（Ｃ）に示す光検出回路の駆動方法例について、図４（Ｆ）を用いて説明する。図４（Ｆ）は、図４（Ｃ）に示す光検出回路の駆動方法例を説明するためのタイミングチャートである。
【０１６２】
図４（Ｃ）に示す光検出回路の駆動方法例では、まず、期間Ｔ５１において、信号ＰＲＳＴのパルスが入力される。
【０１６３】
このとき、光電変換素子１５１ｃが順方向に電流が流れる状態になり、トランジスタ１５２ｃのゲートの電圧は、一定の値にリセットされる。
【０１６４】
次に、信号ＰＲＳＴのパルスが入力された後の期間Ｔ５２において、光電変換素子１５１ｃが順方向とは逆方向に電圧が印加された状態になる。
【０１６５】
このとき、光電変換素子１５１ｃに入射した光の照度に応じて、光電変換素子１５１ｃの第１の電流端子及び第２の電流端子の間に光電流が流れる。さらに、光電流に応じてトランジスタ１５２ｃのゲートの電圧が変化する。
【０１６６】
次に、期間Ｔ５３において、信号ＯＳＥＬのパルスが入力される。
【０１６７】
このとき、光電変換素子１５１ｃは、順方向とは逆方向に電圧が印加された状態のままであり、トランジスタ１５２ｃのソース及びドレインの間に電流が流れ、図４（Ｃ）に示す光検出回路は、トランジスタ１５２ｃのソース及びドレインの他方から光データをデータ信号として出力する。以上が図４（Ｃ）に示す光検出回路の駆動方法例である。
【０１６８】
図４（Ａ）乃至図４（Ｆ）を用いて説明したように、本実施の形態の光検出回路の一例は、光電変換素子及び増幅トランジスタを備え、光データを生成し、出力選択信号に従って光データをデータ信号として出力する構成である。上記構成にすることにより、光検出回路により光データを生成して出力することができる。
【０１６９】
（実施の形態５）
本実施の形態では、上記実施の形態の入出力装置における表示回路の例について説明する。
【０１７０】
本実施の形態における表示回路の例について、図５を用いて説明する。図５は、本実施の形態における表示回路の例を説明するための図である。
【０１７１】
まず、本実施の形態の表示回路の構成例について、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を用いて説明する。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、本実施の形態における表示回路の構成例を示す図である。
【０１７２】
図５（Ａ）に示す表示回路は、トランジスタ１６１ａと、液晶素子１６２ａと、容量素子１６３ａと、を備える。
【０１７３】
なお、図５（Ａ）に示す表示回路において、トランジスタ１６１ａは、電界効果トランジスタである。
【０１７４】
また、入出力装置において、液晶素子は、第１の表示電極、第２の表示電極、及び液晶層により構成される。液晶層は、第１の表示電極及び第２の表示電極の間に印加される電圧に応じて光の透過率が変化する。
【０１７５】
また、入出力装置において、容量素子は、第１の容量電極、第２の容量電極、並びに第１の容量電極及び第２の容量電極に重畳する誘電体層を含む。容量素子は、第１の容量電極及び第２の容量電極の間に印加される電圧に応じて電荷が蓄積される。
【０１７６】
トランジスタ１６１ａのソース及びドレインの一方には、信号ＤＤが入力され、トランジスタ１６１ａのゲートには、信号ＤＳＥＬが入力される。
【０１７７】
液晶素子１６２ａの第１の表示電極は、トランジスタ１６１ａのソース及びドレインの他方に電気的に接続され、液晶素子１６２ａの第２の表示電極には、電圧Ｖｃが入力される。電圧Ｖｃの値は、適宜設定することができる。
【０１７８】
容量素子１６３ａの第１の容量電極は、トランジスタ１６１ａのソース及びドレインの他方に電気的に接続され、容量素子１６３ａの第２の容量電極には、電圧Ｖｃが入力される。
【０１７９】
図５（Ｂ）に示す表示回路は、トランジスタ１６１ｂと、液晶素子１６２ｂと、容量素子１６３ｂと、容量素子１６４と、トランジスタ１６５と、トランジスタ１６６と、を備える。
【０１８０】
なお、図５（Ｂ）に示す表示回路において、トランジスタ１６１ｂ、トランジスタ１６５、及びトランジスタ１６６は、電界効果トランジスタである。
【０１８１】
トランジスタ１６５のソース及びドレインの一方には、信号ＤＤが入力され、トランジスタ１６５のゲートには、パルス信号である書き込み選択信号（信号ＷＳＥＬともいう）が入力される。
【０１８２】
容量素子１６４の第１の容量電極は、トランジスタ１６５のソース及びドレインの他方に電気的に接続され、容量素子１６４の第２の容量電極には、電圧Ｖｃが入力される。
【０１８３】
トランジスタ１６１ｂのソース及びドレインの一方は、トランジスタ１６５のソース及びドレインの他方に電気的に接続され、トランジスタ１６１ｂのゲートには、信号ＤＳＥＬが入力される。
【０１８４】
液晶素子１６２ｂの第１の表示電極は、トランジスタ１６１ｂのソース及びドレインの他方に電気的に接続され、液晶素子１６２ｂの第２の表示電極には、電圧Ｖｃが入力される。
【０１８５】
容量素子１６３ｂの第１の容量電極は、トランジスタ１６１ｂのソース及びドレインの他方に電気的に接続され、容量素子１６３ｂの第２の容量電極には、電圧Ｖｃが入力される。電圧Ｖｃの値は、表示回路の仕様に応じて適宜設定される。
【０１８６】
トランジスタ１６６のソース及びドレインの一方には、基準となる電圧が入力され、トランジスタ１６６のソース及びドレインの他方は、トランジスタ１６１ｂのソース及びドレインの他方に電気的に接続され、トランジスタ１６６のゲートには、パルス信号である表示リセット信号（信号ＤＲＳＴともいう）が入力される。
【０１８７】
さらに、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示す表示回路の各構成要素について説明する。
【０１８８】
トランジスタ１６１ａ及びトランジスタ１６１ｂは、表示選択トランジスタとしての機能を有する。
【０１８９】
液晶素子１６２ａ及び液晶素子１６２ｂにおける液晶層としては、第１の表示電極及び第２の表示電極に印加される電圧が０Ｖのときに光を透過する液晶層を用いることができ、例えば電気制御複屈折型液晶（ＥＣＢ型液晶ともいう）、二色性色素を添加した液晶（ＧＨ液晶ともいう）、高分子分散型液晶、又はディスコチック液晶を含む液晶層などを用いることができる。また、液晶層としては、ブルー相を示す液晶層を用いてもよい。ブルー相を示す液晶層は、例えばブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物により構成される。ブルー相を示す液晶は、応答速度が１ｍｓｅｃ以下と短く、光学的等方性であるため、配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。よって、ブルー相を示す液晶を用いることにより、動作速度を向上させることができる。
【０１９０】
容量素子１６３ａは、トランジスタ１６１ａに従い、容量素子１６３ｂは、トランジスタ１６１ｂに従って第１の容量電極及び第２の容量電極の間に信号ＤＤに応じた値の電圧が印加される保持容量としての機能を有する。容量素子１６３ａ及び容量素子１６３ｂを必ずしも設けなくてもよいが、容量素子１６３ａ及び容量素子１６３ｂを設けることにより、表示選択トランジスタのリーク電流に起因する液晶素子に印加された電圧の変動を抑制することができる。
【０１９１】
容量素子１６４は、トランジスタ１６５に従って第１の容量電極及び第２の容量電極の間に信号ＤＤに応じた値の電圧が印加される保持容量としての機能を有する。
【０１９２】
トランジスタ１６５は、容量素子１６４に信号ＤＤを入力させるか否かを選択する書き込み選択トランジスタとしての機能を有する。
【０１９３】
トランジスタ１６６は、液晶素子１６２ｂに印加される電圧をリセットさせるか否かを選択する表示リセット選択トランジスタとしての機能を有する。
【０１９４】
なお、トランジスタ１６１ａ、トランジスタ１６１ｂ、トランジスタ１６５、及びトランジスタ１６６としては、例えばチャネルが形成され、元素周期表における第１４族の半導体（シリコンなど）を含有する半導体層又は酸化物半導体層を含むトランジスタを用いることができる。
【０１９５】
次に、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示す表示回路の駆動方法例について説明する。
【０１９６】
まず、図５（Ａ）に示す表示回路の駆動方法例について、図５（Ｃ）を用いて説明する。図５（Ｃ）は、図５（Ａ）に示す表示回路の駆動方法例を説明するためのタイミングチャートであり、信号ＤＤ及び信号ＤＳＥＬのそれぞれの状態を示す。
【０１９７】
図５（Ａ）に示す表示回路の駆動方法例では、信号ＤＳＥＬのパルスが入力されると、トランジスタ１６１ａがオン状態になる。
【０１９８】
トランジスタ１６１ａがオン状態になると、表示回路に信号ＤＤが入力され、液晶素子１６２ａの第１の表示電極及び容量素子１６３ａの第１の容量電極の電圧が信号ＤＤの電圧と同等の値になる。
【０１９９】
このとき、液晶素子１６２ａは、書き込み状態（状態ｗｔともいう）になり、信号ＤＤに応じた光の透過率になる。これにより、表示回路は、信号ＤＤのデータ（データＤ１乃至データＤＱ（Ｑは２以上の自然数）のそれぞれ）に応じた表示状態になる。
【０２００】
その後、トランジスタ１６１ａがオフ状態になり、液晶素子１６２ａは、保持状態（状態ｈｌｄともいう）になり、第１の表示電極及び第２の表示電極の間に印加される電圧を、次に信号ＤＳＥＬのパルスが入力されるまで、初期値からの変動量が基準値より大きくならないように保持する。また、液晶素子１６２ａが保持状態のとき、上記実施の形態の入出力装置におけるライトユニットは、点灯状態になる。
【０２０１】
次に、図５（Ｂ）に示す表示回路の駆動方法例について、図５（Ｄ）を用いて説明する。図５（Ｄ）は、図５（Ｂ）に示す表示回路の駆動方法例を説明するためのタイミングチャートである。
【０２０２】
図５（Ｂ）に示す表示回路の駆動方法例では、信号ＤＲＳＴのパルスが入力されると、トランジスタ１６６がオン状態になり、液晶素子１６２ｂの第１の表示電極及び容量素子１６３ｂの第１の容量電極の電圧が基準となる電圧にリセットされる。
【０２０３】
また、信号ＷＳＥＬのパルスが入力されると、トランジスタ１６５がオン状態になり、信号ＤＤが表示回路に入力され、容量素子１６４の第１の容量電極が信号ＤＤの電圧と同等の値になる。
【０２０４】
その後、信号ＤＳＥＬのパルスが入力されると、トランジスタ１６１ｂがオン状態になり、液晶素子１６２ｂの第１の表示電極及び容量素子１６３ｂの第１の容量電極の電圧が容量素子１６４の第１の容量電極の電圧と同等の値になる。
【０２０５】
このとき、液晶素子１６２ｂは、書き込み状態になり、信号ＤＤに応じた光の透過率になる。これにより、表示回路は、信号ＤＤのデータ（データＤ１乃至データＤＱのそれぞれ）に応じた表示状態になる。
【０２０６】
その後、トランジスタ１６１ｂがオフ状態になり、液晶素子１６２ｂは、保持状態になり、第１の表示電極及び第２の表示電極の間に印加される電圧を、次に信号ＤＳＥＬのパルスが入力されるまで、初期値からの変動量が基準値より大きくならないように保持する。また、液晶素子１６２ｂが保持状態のとき、上記実施の形態の入出力装置におけるライトユニットは、点灯状態になる。
【０２０７】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を用いて説明したように、本実施の形態の表示回路の一例は、表示選択トランジスタ及び液晶素子を備える構成である。上記構成にすることにより、表示回路を表示データ信号に応じた表示状態にすることができる。
【０２０８】
また、図５（Ｂ）を用いて説明したように、本実施の形態の表示回路の一例は、表示選択トランジスタ及び液晶素子に加え、書き込み選択トランジスタ及び容量素子を備える構成である。上記構成にすることにより、液晶素子をある表示データ信号のデータに応じた表示状態に設定している間に、容量素子に次の表示データ信号のデータを書き込むことができる。よって、表示回路の動作速度を向上させることができる。
【０２０９】
（実施の形態６）
本実施の形態では、上記実施の形態を用いて説明した入出力装置におけるトランジスタに適用可能なトランジスタについて説明する。
【０２１０】
上記実施の形態を用いて説明した入出力装置において、トランジスタとしては、例えばチャネルが形成され、元素周期表における第１４族の半導体（シリコンなど）を含有する半導体層又は酸化物半導体層を含むトランジスタを用いることができる。なお、チャネルが形成される層をチャネル形成層ともいう。
【０２１１】
なお、上記半導体層は、単結晶半導体層、多結晶半導体層、微結晶半導体層、又は非晶質半導体層でもよい。
【０２１２】
さらに、上記実施の形態を用いて説明した入出力装置において、トランジスタとして適用可能な酸化物半導体層を含むトランジスタとしては、例えば高純度化することにより、真性（Ｉ型ともいう）、又は実質的に真性にさせた酸化物半導体層を有するトランジスタを用いることができる。
【０２１３】
上記酸化物半導体層を含むトランジスタの構造例について、図６を用いて説明する。図６は、本実施の形態におけるトランジスタの構造例を示す断面模式図である。
【０２１４】
図６（Ａ）に示すトランジスタは、ボトムゲート構造のトランジスタの一つであり、逆スタガ型トランジスタともいう。
【０２１５】
図６（Ａ）に示すトランジスタは、導電層４０１ａと、絶縁層４０２ａと、酸化物半導体層４０３ａと、導電層４０５ａと、導電層４０６ａと、を含む。
【０２１６】
導電層４０１ａは、基板４００ａの上に設けられる。
【０２１７】
絶縁層４０２ａは、導電層４０１ａの上に設けられる。
【０２１８】
酸化物半導体層４０３ａは、絶縁層４０２ａを介して導電層４０１ａに重畳する。
【０２１９】
導電層４０５ａ及び導電層４０６ａのそれぞれは、酸化物半導体層４０３ａの一部の上に設けられる。
【０２２０】
さらに、図６（Ａ）において、トランジスタの酸化物半導体層４０３ａの上面の一部（上面に導電層４０５ａ及び導電層４０６ａが設けられていない部分）は、絶縁層４０７ａに接する。
【０２２１】
また、絶縁層４０７ａは、導電層４０５ａ、導電層４０６ａ、及び酸化物半導体層４０３ａを介して絶縁層４０２ａに接する。
【０２２２】
図６（Ｂ）に示すトランジスタは、図６（Ａ）に示す構造に加え、導電層４０８ａを含む。
【０２２３】
導電層４０８ａは、絶縁層４０７ａを介して酸化物半導体層４０３ａに重畳する。
【０２２４】
図６（Ｃ）に示すトランジスタは、ボトムゲート構造のトランジスタの一つである。
【０２２５】
図６（Ｃ）に示すトランジスタは、導電層４０１ｂと、絶縁層４０２ｂと、酸化物半導体層４０３ｂと、導電層４０５ｂと、導電層４０６ｂと、を含む。
【０２２６】
導電層４０１ｂは、基板４００ｂの上に設けられる。
【０２２７】
絶縁層４０２ｂは、導電層４０１ｂの上に設けられる。
【０２２８】
導電層４０５ｂ及び導電層４０６ｂは、絶縁層４０２ｂの一部の上に設けられる。
【０２２９】
酸化物半導体層４０３ｂは、絶縁層４０２ｂを介して導電層４０１ｂに重畳する。
【０２３０】
さらに、図６（Ｃ）において、トランジスタにおける酸化物半導体層４０３ｂの上面及び側面は、絶縁層４０７ｂに接する。
【０２３１】
また、絶縁層４０７ｂは、導電層４０５ｂ、導電層４０６ｂ、及び酸化物半導体層４０３ｂを介して絶縁層４０２ｂに接する。
【０２３２】
なお、図６（Ａ）及び図６（Ｃ）において、絶縁層の上に保護絶縁層を設けてもよい。
【０２３３】
図６（Ｄ）に示すトランジスタは、図６（Ｃ）に示す構造に加え、導電層４０８ｂを含む。
【０２３４】
導電層４０８ｂは、絶縁層４０７ｂを介して酸化物半導体層４０３ｂに重畳する。
【０２３５】
図６（Ｅ）に示すトランジスタは、トップゲート構造のトランジスタの一つである。
【０２３６】
図６（Ｅ）に示すトランジスタは、導電層４０１ｃと、絶縁層４０２ｃと、酸化物半導体層４０３ｃと、導電層４０５ｃ及び導電層４０６ｃと、を含む。
【０２３７】
酸化物半導体層４０３ｃは、絶縁層４４７を介して基板４００ｃの上に設けられる。
【０２３８】
導電層４０５ｃ及び導電層４０６ｃは、それぞれ酸化物半導体層４０３ｃの上に設けられる。
【０２３９】
絶縁層４０２ｃは、酸化物半導体層４０３ｃ、導電層４０５ｃ、及び導電層４０６ｃの上に設けられる。
【０２４０】
導電層４０１ｃは、絶縁層４０２ｃを介して酸化物半導体層４０３ｃに重畳する。
【０２４１】
さらに、図６（Ａ）乃至図６（Ｅ）に示す各構成要素について説明する。
【０２４２】
基板４００ａ乃至基板４００ｃとしては、例えば透光性を有する基板を用いることができ、透光性を有する基板としては、例えばガラス基板又はプラスチック基板を用いることができる。
【０２４３】
導電層４０１ａ乃至導電層４０１ｃのそれぞれは、トランジスタのゲートとしての機能を有する。なお、トランジスタのゲートとしての機能を有する層をゲート電極又はゲート配線ともいう。
【０２４４】
導電層４０１ａ乃至導電層４０１ｃとしては、例えばモリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、若しくはスカンジウムなどの金属材料、又はこれらを主成分とする合金材料の層を用いることができる。また、導電層４０１ａ乃至導電層４０１ｃの形成に適用可能な材料の層の積層により、導電層４０１ａ乃至導電層４０１ｃを構成することもできる。
【０２４５】
絶縁層４０２ａ乃至絶縁層４０２ｃのそれぞれは、トランジスタのゲート絶縁層としての機能を有する。
【０２４６】
絶縁層４０２ａ乃至絶縁層４０２ｃとしては、例えば酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層、酸化窒化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層、又は酸化ハフニウム層を用いることができる。また、絶縁層４０２ａ乃至絶縁層４０２ｃに適用可能な材料の層の積層により絶縁層４０２ａ乃至絶縁層４０２ｃを構成することもできる。
【０２４７】
また、絶縁層４０２ａ乃至絶縁層４０２ｃとしては、例えば元素周期表における第１３族元素及び酸素元素を含む材料の絶縁層を用いることもできる。酸化物半導体層４０３ａ乃至酸化物半導体層４０３ｃが第１３族元素を含む場合に、酸化物半導体層４０３ａ乃至酸化物半導体層４０３ｃに接する絶縁層として第１３族元素を含む絶縁層を用いることにより、該絶縁層と酸化物半導体層との界面の状態を良好にすることができる。
【０２４８】
第１３族元素を含む材料としては、例えば酸化ガリウム、酸化アルミニウム、酸化アルミニウムガリウム、酸化ガリウムアルミニウムなどが挙げられる。なお、酸化アルミニウムガリウムとは、ガリウムの含有量（原子％）よりアルミニウムの含有量（原子％）が多い物質のことをいい、酸化ガリウムアルミニウムとは、ガリウムの含有量（原子％）がアルミニウムの含有量（原子％）以上の物質のことをいう。
【０２４９】
例えば、絶縁層４０２ａ乃至絶縁層４０２ｃとして、酸化ガリウムを含む絶縁層を用いることにより、絶縁層４０２ａ乃至絶縁層４０２ｃと、酸化物半導体層４０３ａ乃至酸化物半導体層４０３ｃとの界面における水素又は水素イオンの蓄積を低減することができる。
【０２５０】
また、例えば、絶縁層４０２ａ乃至絶縁層４０２ｃとして、酸化アルミニウムを含む絶縁層を用いることにより、絶縁層４０２ａ乃至絶縁層４０２ｃと、酸化物半導体層４０３ａ乃至酸化物半導体層４０３ｃとの界面における水素又は水素イオンの蓄積を低減することができる。また、酸化アルミニウムを含む絶縁層は、水が通りにくいため、酸化アルミニウムを含む絶縁層を用いることにより、該絶縁層を介して酸化物半導体層への水の侵入を抑制することができる。
【０２５１】
また、絶縁層４０２ａ乃至絶縁層４０２ｃとして、例えば、Ａｌ２Ｏｘ（ｘ＝３＋α、αは０より大きく１より小さい値）、Ｇａ２Ｏｘ（ｘ＝３＋α、αは０より大きく１より小さい値）、又はＧａｘＡｌ２−ｘＯ３＋α（ｘは０より大きく２より小さい値、αは０より大きく１より小さい値）で表記される材料を用いることもできる。また、絶縁層４０２ａ乃至絶縁層４０２ｃに適用可能な材料の層の積層により絶縁層４０２ａ乃至絶縁層４０２ｃを構成することもできる。例えば、複数のＧａ２Ｏｘで表記される酸化ガリウムを含む層の積層により絶縁層４０２ａ乃至絶縁層４０２ｃを構成してもよい。また、Ｇａ２Ｏｘで表記される酸化ガリウムを含む絶縁層及びＡｌ２Ｏｘで表記される酸化アルミニウムを含む絶縁層の積層により絶縁層４０２ａ乃至絶縁層４０２ｃを構成してもよい。
【０２５２】
絶縁層４４７は、基板４００ｃからの不純物元素の拡散を防止する下地層としての機能を有する。なお、絶縁層４４７を図６（Ａ）乃至図６（Ｄ）に示す構造のトランジスタに設けてもよい。
【０２５３】
絶縁層４４７としては、例えば絶縁層４０２ａ乃至絶縁層４０２ｃに適用可能な材料の層を用いることができる。また、絶縁層４０２ａ乃至絶縁層４０２ｃに適用可能な材料の層の積層により絶縁層４４７を構成してもよい。
【０２５４】
酸化物半導体層４０３ａ乃至酸化物半導体層４０３ｃのそれぞれは、トランジスタのチャネルが形成される層としての機能を有する。なお、トランジスタのチャネルが形成される層としての機能を有する層をチャネル形成層ともいう。酸化物半導体層４０３ａ乃至酸化物半導体層４０３ｃに適用可能な酸化物半導体としては、例えばＩｎ系酸化物、Ｓｎ系酸化物、又はＺｎ系酸化物などを用いることができる。上記金属酸化物としては、例えば四元系金属酸化物、三元系金属酸化物、又は二元系金属酸化物などを用いることができる。なお、上記酸化物半導体として適用可能な金属酸化物は、特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとしてガリウムを含んでいてもよい。また、上記酸化物半導体として適用可能な金属酸化物は、上記スタビライザーとしてスズを含んでいてもよい。また、上記酸化物半導体として適用可能な金属酸化物は、上記スタビライザーとしてハフニウムを含んでいてもよい。また、上記酸化物半導体として適用可能な金属酸化物は、上記スタビライザーとしてアルミニウムを含んでいてもよい。また、上記酸化物半導体として適用可能な金属酸化物は、上記スタビライザーとして、ランタノイドである、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、及びルテチウムの一つ又は複数を含んでいてもよい。また、上記酸化物半導体として適用可能な金属酸化物は、酸化シリコンを含んでいてもよい。例えば、四元系金属酸化物としては、例えばＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、又はＩｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物などを用いることができる。三元系金属酸化物としては、例えばＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯともいう）、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物（ＩＴＺＯともいう）、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、又はＩｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、又はＩｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物などを用いることができる。二元系金属酸化物としては、Ｉｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ系酸化物、又はＩｎ−Ｇａ系酸化物などを用いることができる。また、上記酸化物半導体として適用可能な金属酸化物は、酸化シリコンを含んでいてもよい。
【０２５５】
Ｉｎ−Ｚｎ系酸化物を用いる場合、例えば、Ｉｎ：Ｚｎ＝５０：１乃至Ｉｎ：Ｚｎ＝１：２（モル数比に換算するとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝２５：１乃至Ｉｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：４）、好ましくはＩｎ：Ｚｎ＝２０：１乃至Ｉｎ：Ｚｎ＝１：１（モル数比に換算するとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１０：１乃至Ｉｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：２）、さらに好ましくはＩｎ：Ｚｎ＝１５：１乃至Ｉｎ：Ｚｎ＝１．５：１（モル数比に換算するとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１５：２乃至Ｉｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝３：４）の組成比である酸化物ターゲットを用いてＩｎ−Ｚｎ系酸化物の半導体層を形成することができる。例えば、Ｉｎ−Ｚｎ系酸化物半導体の形成に用いるターゲットは、原子数比がＩｎ：Ｚｎ：Ｏ＝Ｐ：Ｕ：Ｒのとき、Ｒ＞１．５Ｐ＋Ｕとする。Ｉｎの量を多くすることにより、トランジスタの移動度を向上させることができる。
【０２５６】
また、酸化物半導体としては、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは０より大きい数）で表記される材料を用いることもできる。ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍのＭは、Ｇａ、Ａｌ、Ｍｎ、及びＣｏから選ばれた一つ又は複数の金属元素を示す。
【０２５７】
導電層４０５ａ乃至導電層４０５ｃ及び導電層４０６ａ乃至導電層４０６ｃのそれぞれは、トランジスタのソース又はドレインとしての機能を有する。なお、トランジスタのソースとしての機能を有する層をソース電極又はソース配線ともいい、トランジスタのドレインとしての機能を有する層をドレイン電極又はドレイン配線ともいう。
【０２５８】
導電層４０５ａ乃至導電層４０５ｃ及び導電層４０６ａ乃至導電層４０６ｃとしては、例えばアルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、若しくはタングステンなどの金属材料、又はこれらの金属材料を主成分とする合金材料の層を用いることができる。また、導電層４０５ａ乃至導電層４０５ｃ、及び導電層４０６ａ乃至導電層４０６ｃに適用可能な材料の層の積層により、導電層４０５ａ乃至導電層４０５ｃ、及び導電層４０６ａ乃至導電層４０６ｃを構成することもできる。
【０２５９】
また、導電層４０５ａ乃至導電層４０５ｃ及び導電層４０６ａ乃至導電層４０６ｃとしては、導電性の金属酸化物を含む層を用いることもできる。導電性の金属酸化物としては、例えば酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム酸化スズ合金、又は酸化インジウム酸化亜鉛合金を用いることができる。なお、導電層４０５ａ乃至導電層４０５ｃ及び導電層４０６ａ乃至導電層４０６ｃに適用可能な導電性の金属酸化物は、酸化シリコンを含んでいてもよい。
【０２６０】
絶縁層４０７ａ及び絶縁層４０７ｂとしては、絶縁層４０２ａ乃至絶縁層４０２ｃと同様に、例えば元素周期表における第１３族元素及び酸素元素を含む材料の絶縁層を用いることができる。また、絶縁層４０７ａ及び絶縁層４０７ｂとしては、例えば、Ａｌ２Ｏｘ、Ｇａ２Ｏｘ、又はＧａｘＡｌ２−ｘＯ３＋αで表記される材料を用いることもできる。
【０２６１】
例えば、絶縁層４０２ａ乃至絶縁層４０２ｃ並びに絶縁層４０７ａ及び絶縁層４０７ｂを、Ｇａ２Ｏｘで表記される酸化ガリウムを含む絶縁層により構成してもよい。また、絶縁層４０２ａ乃至絶縁層４０２ｃ、並びに絶縁層４０７ａ及び絶縁層４０７ｂの一方を、Ｇａ２Ｏｘで表記される酸化ガリウムを含む絶縁層により構成し、絶縁層４０２ａ乃至絶縁層４０２ｃ、並びに絶縁層４０７ａ及び絶縁層４０７ｂの他方を、Ａｌ２Ｏｘで表記される酸化アルミニウムを含む絶縁層により構成してもよい。
【０２６２】
導電層４０８ａ及び導電層４０８ｂのそれぞれは、トランジスタのゲートとしての機能を有する。なお、トランジスタが導電層４０８ａ及び導電層４０８ｂを有する構造である場合、導電層４０１ａ及び導電層４０８ａの一方、又は導電層４０１ｂ及び導電層４０８ｂの一方を、バックゲート、バックゲート電極、又はバックゲート配線ともいう。ゲートとしての機能を有する層を、チャネル形成層を介して複数設けることにより、トランジスタの閾値電圧を制御することができる。
【０２６３】
導電層４０８ａ及び導電層４０８ｂとしては、例えばアルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、若しくはタングステンなどの金属材料、又はこれらの金属材料を主成分とする合金材料の層を用いることができる。また、導電層４０８ａ及び導電層４０８ｂに適用可能な材料の層の積層により導電層４０８ａ及び導電層４０８ｂのそれぞれを構成することもできる。
【０２６４】
また、導電層４０８ａ及び導電層４０８ｂとしては、導電性の金属酸化物を含む層を用いることもできる。導電性の金属酸化物としては、例えば酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム酸化スズ合金、又は酸化インジウム酸化亜鉛合金を用いることができる。なお、導電層４０８ａ及び導電層４０８ｂに適用可能な導電性の金属酸化物は、酸化シリコンを含んでいてもよい。
【０２６５】
なお、本実施の形態のトランジスタを、チャネル形成層としての機能を有する酸化物半導体層の一部の上に絶縁層を含み、該絶縁層を介して酸化物半導体層に重畳するように、ソース又はドレインとしての機能を有する導電層を含む構造としてもよい。上記構造である場合、絶縁層は、トランジスタのチャネル形成層を保護する層（チャネル保護層ともいう）としての機能を有する。チャネル保護層としての機能を有する絶縁層としては、例えば絶縁層４０２ａ乃至絶縁層４０２ｃに適用可能な材料の層を用いることができる。また、絶縁層４０２ａ乃至絶縁層４０２ｃに適用可能な材料の層の積層によりチャネル保護層としての機能を有する絶縁層を構成してもよい。
【０２６６】
なお、図６（Ａ）乃至図６（Ｅ）に示すように、本実施の形態のトランジスタを、必ずしも酸化物半導体層の全てがゲート電極としての機能を有する導電層に重畳する構造にしなくてもよいが、酸化物半導体層の全てがゲート電極としての機能を有する導電層に重畳する構造にすることにより、酸化物半導体層への光の入射を抑制することができる。
【０２６７】
さらに、本実施の形態のトランジスタの作製方法例として、図６（Ａ）に示すトランジスタの作製方法例について、図７（Ａ）乃至図７（Ｅ）を用いて説明する。図７（Ａ）乃至図７（Ｅ）は、図６（Ａ）に示すトランジスタの作製方法例を説明するための断面模式図である。
【０２６８】
まず、図７（Ａ）に示すように、基板４００ａを準備し、基板４００ａの上に第１の導電膜を形成し、第１の導電膜の一部をエッチングすることにより導電層４０１ａを形成する。
【０２６９】
例えば、スパッタリング法を用いて導電層４０１ａに適用可能な材料の膜を形成することにより第１の導電膜を形成することができる。また、導電層４０１ａに適用可能な材料の膜を積層させ、第１の導電膜を形成することもできる。
【０２７０】
なお、スパッタリングガスとして、例えば水素、水、水酸基、又は水素化物などの不純物が除去された高純度ガスを用いることにより、形成される膜の上記不純物濃度を低減することができる。
【０２７１】
なお、スパッタリング法を用いて膜を形成する前に、スパッタリング装置の予備加熱室にて予備加熱処理を行ってもよい。上記予備加熱処理を行うことにより、水素、水分などの不純物を脱離することができる。
【０２７２】
また、スパッタリング法を用いて膜を形成する前に、例えばアルゴン、窒素、ヘリウム、又は酸素雰囲気下で、ターゲット側に電圧を印加せずに、基板側にＲＦ電源を用いて電圧を印加し、プラズマを形成して被形成面を改質する処理（逆スパッタともいう）を行ってもよい。逆スパッタを行うことにより、被形成面に付着している粉状物質（パーティクル、ごみともいう）を除去することができる。
【０２７３】
また、スパッタリング法を用いて膜を形成する場合、吸着型の真空ポンプなどを用いて、膜を形成する成膜室内の残留水分を除去することができる。吸着型の真空ポンプとしては、例えばクライオポンプ、イオンポンプ、又はチタンサブリメーションポンプなどを用いることができる。また、コールドトラップを設けたターボ分子ポンプを用いて成膜室内の残留水分を除去することもできる。
【０２７４】
また、上記導電層４０１ａの形成方法のように、本実施の形態のトランジスタの作製方法例において、膜の一部をエッチングして層を形成する場合、例えば、フォトリソグラフィ工程により膜の一部の上にレジストマスクを形成し、レジストマスクを用いて膜をエッチングすることにより、層を形成することができる。なお、この場合、層の形成後にレジストマスクを除去する。
【０２７５】
また、インクジェット法を用いてレジストマスクを形成してもよい。インクジェット法を用いることにより、フォトマスクが不要になるため、製造コストを低減することができる。また、透過率の異なる複数の領域を有する露光マスク（多階調マスクともいう）を用いてレジストマスクを形成してもよい。多階調マスクを用いることにより、異なる厚さの領域を有するレジストマスクを形成することができ、トランジスタの作製に使用するレジストマスクの数を低減することができる。
【０２７６】
次に、図７（Ｂ）に示すように、導電層４０１ａの上に第１の絶縁膜を形成することにより絶縁層４０２ａを形成する。
【０２７７】
例えば、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法などを用いて絶縁層４０２ａに適用可能な材料の膜を形成することにより第１の絶縁膜を形成することができる。また、絶縁層４０２ａに適用可能な材料の膜を積層させることにより第１の絶縁膜を形成することもできる。また、高密度プラズマＣＶＤ法（例えばμ波（例えば、周波数２．４５ＧＨｚのμ波）を用いた高密度プラズマＣＶＤ法）を用いて絶縁層４０２ａに適用可能な材料の膜を形成することにより、絶縁層４０２ａを緻密にすることができ、絶縁層４０２ａの絶縁耐圧を向上させることができる。
【０２７８】
次に、図７（Ｃ）に示すように、絶縁層４０２ａの上に酸化物半導体膜を形成し、その後酸化物半導体膜の一部をエッチングすることにより酸化物半導体層４０３ａを形成する。
【０２７９】
例えば、スパッタリング法を用いて酸化物半導体層４０３ａに適用可能な酸化物半導体材料の膜を形成することにより酸化物半導体膜を形成することができる。なお、希ガス雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガスと酸素の混合雰囲気下で酸化物半導体膜を形成してもよい。
【０２８０】
また、スパッタリングターゲットとして、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］の組成比である酸化物ターゲットを用いて酸化物半導体膜を形成することができる。また、例えば、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］の組成比である酸化物ターゲットを用いて酸化物半導体膜を形成してもよい。
【０２８１】
また、スパッタリング法を用いて酸化物半導体膜を形成する際に、基板４００ａを減圧状態にし、基板４００ａを１００℃以上６００℃以下、好ましくは２００℃以上４００℃以下に加熱してもよい。基板４００ａを加熱することにより、酸化物半導体膜の上記不純物濃度を低減することができ、また、スパッタリング法による酸化物半導体膜の損傷を軽減することができる。
【０２８２】
次に、図７（Ｄ）に示すように、絶縁層４０２ａ及び酸化物半導体層４０３ａの上に第２の導電膜を形成し、第２の導電膜の一部をエッチングすることにより導電層４０５ａ及び導電層４０６ａを形成する。
【０２８３】
例えば、スパッタリング法などを用いて導電層４０５ａ及び導電層４０６ａに適用可能な材料の膜を形成することにより第２の導電膜を形成することができる。また、導電層４０５ａ及び導電層４０６ａに適用可能な材料の膜を積層させることにより第２の導電膜を形成することもできる。
【０２８４】
次に、図７（Ｅ）に示すように、酸化物半導体層４０３ａに接するように絶縁層４０７ａを形成する。
【０２８５】
例えば、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガスと酸素の混合雰囲気下で、スパッタリング法を用いて絶縁層４０７ａに適用可能な膜を形成することにより、絶縁層４０７ａを形成することができる。スパッタリング法を用いて絶縁層４０７ａを形成することにより、トランジスタのバックチャネルとしての機能を有する酸化物半導体層４０３ａの部分の抵抗の低下を抑制することができる。また、絶縁層４０７ａを形成する際の基板温度は、室温以上３００℃以下であることが好ましい。
【０２８６】
また、絶縁層４０７ａを形成する前にＮ２Ｏ、Ｎ２、又はＡｒなどのガスを用いたプラズマ処理を行い、露出している酸化物半導体層４０３ａの表面に付着した吸着水などを除去してもよい。プラズマ処理を行った場合、その後、大気に触れることなく、絶縁層４０７ａを形成することが好ましい。
【０２８７】
さらに、図６（Ａ）に示すトランジスタの作製方法の一例では、例えば４００℃以上７５０℃以下、又は４００℃以上基板の歪み点未満の温度で加熱処理を行う。例えば、酸化物半導体膜を形成した後、酸化物半導体膜の一部をエッチングした後、第２の導電膜を形成した後、第２の導電膜の一部をエッチングした後、又は絶縁層４０７ａを形成した後に上記加熱処理を行う。
【０２８８】
なお、上記加熱処理を行う加熱処理装置としては、電気炉、又は抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導又は熱輻射により被処理物を加熱する装置を用いることができ、例えばＧＲＴＡ（Ｇａｓ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置又はＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置などのＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、例えばハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、又は高圧水銀ランプなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装置である。また、ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。高温のガスとしては、例えば希ガス、又は加熱処理によって被処理物と反応しない不活性気体（例えば窒素）を用いることができる。
【０２８９】
また、上記加熱処理を行った後、その加熱温度を維持しながら又はその加熱温度から降温する過程で該加熱処理を行った炉と同じ炉に高純度の酸素ガス、高純度のＮ２Ｏガス、又は超乾燥エア（露点が−４０℃以下、好ましくは−６０℃以下の雰囲気）を導入してもよい。このとき、酸素ガス又はＮ２Ｏガスは、水、水素などを含まないことが好ましい。また、加熱処理装置に導入する酸素ガス又はＮ２Ｏガスの純度を、６Ｎ以上、好ましくは７Ｎ以上、すなわち、酸素ガス又はＮ２Ｏガス中の不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下とすることが好ましい。酸素ガス又はＮ２Ｏガスの作用により、酸化物半導体層４０３ａに酸素が供給され、酸化物半導体層４０３ａ中の酸素欠乏に起因する欠陥を低減することができる。
【０２９０】
さらに、上記加熱処理とは別に、絶縁層４０７ａを形成した後に、不活性ガス雰囲気下、又は酸素ガス雰囲気下で加熱処理（好ましくは２００℃以上４００℃以下、例えば２５０℃以上３５０℃以下）を行ってもよい。
【０２９１】
また、絶縁層４０２ａ形成後、酸化物半導体膜形成後、ソース電極又はドレイン電極となる導電層形成後、絶縁層形成後、又は加熱処理後に酸素プラズマによる酸素ドーピング処理を行ってもよい。例えば２．４５ＧＨｚの高密度プラズマにより酸素ドーピング処理を行ってもよい。また、イオン注入法又はイオンドーピングを用いて酸素ドーピング処理を行ってもよい。酸素ドーピング処理を行うことにより、作製されるトランジスタの電気特性のばらつきを低減することができる。例えば、酸素ドーピング処理を行い、絶縁層４０２ａ及び絶縁層４０７ａの一方又は両方を、化学量論的組成比より酸素が多い状態にする。これにより、絶縁層中の過剰な酸素が酸化物半導体層４０３ａに供給されやすくなる。よって、酸化物半導体層４０３ａ中、又は絶縁層４０２ａ及び絶縁層４０７ａの一方又は両方と、酸化物半導体層４０３ａとの界面における酸素欠陥を低減することができるため、酸化物半導体層４０３ａのキャリア濃度をより低減することができる。
【０２９２】
例えば、絶縁層４０２ａ及び絶縁層４０７ａの一方又は両方として、酸化ガリウムを含む絶縁層を形成する場合、該絶縁層に酸素を供給し、酸化ガリウムの組成をＧａ２Ｏｘにすることができる。
【０２９３】
また、絶縁層４０２ａ及び絶縁層４０７ａの一方又は両方として、酸化アルミニウムを含む絶縁層を形成する場合、該絶縁層に酸素を供給し、酸化アルミニウムの組成をＡｌ２Ｏｘにすることができる。
【０２９４】
また、絶縁層４０２ａ及び絶縁層４０７ａの一方又は両方として、酸化ガリウムアルミニウム又は酸化アルミニウムガリウムを含む絶縁層を形成する場合、該絶縁層に酸素を供給し、酸化ガリウムアルミニウム又は酸化アルミニウムガリウムの組成をＧａｘＡｌ２−ｘＯ３＋αとすることができる。
【０２９５】
以上の工程により、酸化物半導体層４０３ａから、水素、水、水酸基、又は水素化物（水素化合物ともいう）などの不純物を排除し、且つ酸化物半導体層４０３ａに酸素を供給することにより、酸化物半導体層を高純度化させることができる。
【０２９６】
なお、図６（Ａ）に示すトランジスタの作製方法例を示したが、これに限定されず、例えば図６（Ｂ）乃至図６（Ｅ）に示す各構成要素において、名称が図６（Ａ）に示す各構成要素と同じであり且つ機能の少なくとも一部が図６（Ａ）に示す各構成要素と同じであれば、図６（Ａ）に示すトランジスタの作製方法例の説明を適宜援用することができる。
【０２９７】
図６及び図７を用いて説明したように、本実施の形態におけるトランジスタの一例は、ゲートとしての機能を有する導電層と、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層と、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層を介してゲートとしての機能を有する導電層に重畳し、チャネルが形成される酸化物半導体層と、酸化物半導体層に電気的に接続され、ソース及びドレインの一方としての機能を有する導電層と、酸化物半導体層に電気的に接続され、ソース及びドレインの他方としての機能を有する導電層と、を含む構造である。
【０２９８】
また、本実施の形態におけるトランジスタの一例は、酸化物半導体層、ソース及びドレインの一方としての機能を有する導電層、並びにソース及びドレインの他方としての機能を有する導電層を介して酸化物半導体層に接する絶縁層がゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層に接する構造である。上記構造にすることにより、酸化物半導体層、ソース及びドレインの一方としての機能を有する導電層、並びにソース及びドレインの他方としての機能を有する導電層が酸化物半導体層に接する絶縁層及びゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層に囲まれるため、酸化物半導体層、ソース及びドレインの一方としての機能を有する導電層、並びにソース及びドレインの他方としての機能を有する導電層への不純物の侵入を抑制することができる。
【０２９９】
また、チャネルが形成される酸化物半導体層に含まれるアルカリ金属の濃度は低いことが好ましい。例えばチャネルが形成される酸化物半導体層にナトリウムが含まれる場合、チャネルが形成される酸化物半導体層に含まれるナトリウムの濃度は、５×１０１６／ｃｍ３以下、さらには、１×１０１６／ｃｍ３以下、さらには１×１０１５／ｃｍ３以下であることが好ましい。また、例えばチャネルが形成される酸化物半導体層にリチウムが含まれる場合、チャネルが形成される酸化物半導体層に含まれるリチウムの濃度は、５×１０１５／ｃｍ３以下、さらには、１×１０１５／ｃｍ３以下であることが好ましい。また、例えばチャネルが形成される酸化物半導体層にカリウムが含まれる場合、チャネルが形成される酸化物半導体層に含まれるカリウムの濃度は、５×１０１５／ｃｍ３以下、さらには、１×１０１５／ｃｍ３以下であることが好ましい。例えば、ナトリウムは、酸化物半導体層に接する絶縁層が酸化物である場合、酸化物絶縁層内に入り、トランジスタの特性の劣化（例えば閾値電圧のシフト、移動度の低下など）が起こる。さらに、複数のトランジスタ間における特性のばらつきの原因にもなる。よって、チャネルが形成される酸化物半導体層に含まれるアルカリ金属の濃度の少なくすることにより、アルカリ金属に起因するトランジスタの特性の劣化を抑制することができる。
【０３００】
以上のように、チャネルが形成される酸化物半導体層は、高純度化させることによりＩ型又は実質的にＩ型となった酸化物半導体層である。酸化物半導体層を高純度化させることにより、酸化物半導体層のキャリア濃度を１×１０１４／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１２／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１１／ｃｍ３未満にすることができ、温度変化による特性変化を抑制することができる。また、上記構造にすることにより、チャネル幅１μｍあたりのオフ電流を１０ａＡ（１×１０−１７Ａ）以下にすること、さらにはチャネル幅１μｍあたりのオフ電流を１ａＡ（１×１０−１８Ａ）以下、さらにはチャネル幅１μｍあたりのオフ電流を１０ｚＡ（１×１０−２０Ａ）以下、さらにはチャネル幅１μｍあたりのオフ電流を１ｚＡ（１×１０−２１Ａ）以下、さらにはチャネル幅１μｍあたりのオフ電流を１００ｙＡ（１×１０−２２Ａ）以下にすることができる。トランジスタのオフ電流は、低ければ低いほどよいが、本実施の形態のトランジスタのオフ電流の下限値は、約１０−３０Ａ／μｍであると見積もられる。
【０３０１】
本実施の形態の酸化物半導体層を含むトランジスタを、例えば上記実施の形態の入出力装置の表示回路、表示駆動回路、表示データ信号出力回路、光検出回路、及び光検出駆動回路の一つ又は複数におけるトランジスタに用いることにより、入出力装置の信頼性を向上させることができる。
【０３０２】
（実施の形態７）
本実施の形態では、上記実施の形態における入出力装置を備えた電子機器の例について説明する。
【０３０３】
本実施の形態の電子機器の構成例について、図８（Ａ）乃至図８（Ｄ）を用いて説明する。図８（Ａ）乃至図８（Ｄ）は、本実施の形態の電子機器の構成例を説明するための模式図である。
【０３０４】
図８（Ａ）に示す電子機器は、携帯型情報端末の例である。図８（Ａ）に示す情報端末は、筐体１００１ａと、筐体１００１ａに設けられた表示部１００２ａと、を具備する。
【０３０５】
なお、筐体１００１ａの側面１００３ａに外部機器に接続させるための接続端子、及び図８（Ａ）に示す携帯型情報端末を操作するためのボタンの一つ又は複数を設けてもよい。
【０３０６】
図８（Ａ）に示す携帯型情報端末は、筐体１００１ａの中に、上記実施の形態の入出力装置におけるＣＰＵと、記憶回路と、画像処理回路と、外部機器とＣＰＵ、記憶回路、及び画像処理回路との信号の送受信を行うインターフェースと、外部機器との信号の送受信を行うアンテナと、を備える。なお、筐体１００１ａの中に、特定の機能を有する集積回路を一つ又は複数設けてもよい。
【０３０７】
図８（Ａ）に示す携帯型情報端末は、例えば電話機、電子書籍、パーソナルコンピュータ、及び遊技機の一つ又は複数としての機能を有する。
【０３０８】
図８（Ｂ）に示す電子機器は、折り畳み式の携帯型情報端末の例である。図８（Ｂ）に示す携帯型情報端末は、筐体１００１ｂと、筐体１００１ｂに設けられた表示部１００２ｂと、筐体１００４と、筐体１００４に設けられた表示部１００５と、筐体１００１ｂ及び筐体１００４を接続する軸部１００６と、を具備する。
【０３０９】
また、図８（Ｂ）に示す携帯型情報端末では、軸部１００６により筐体１００１ｂ又は筐体１００４を動かすことにより、筐体１００１ｂを筐体１００４に重畳させることができる。
【０３１０】
なお、筐体１００１ｂの側面１００３ｂ又は筐体１００４の側面１００７に外部機器に接続させるための接続端子、及び図８（Ｂ）に示す携帯型情報端末を操作するためのボタンの一つ又は複数を設けてもよい。
【０３１１】
また、表示部１００２ｂ及び表示部１００５に、互いに異なる画像又は一続きの画像を表示させてもよい。なお、表示部１００５を必ずしも設けなくてもよく、表示部１００５の代わりに、入力装置であるキーボードを設けてもよい。
【０３１２】
図８（Ｂ）に示す携帯型情報端末は、筐体１００１ｂ又は筐体１００４の中に、上記実施の形態の入出力装置におけるＣＰＵと、記憶回路と、画像処理回路と、外部機器とＣＰＵ、記憶回路、及び画像処理回路との信号の送受信を行うインターフェースと、を備える。また、筐体１００１ｂ又は筐体１００４の中に、特定の機能を有する集積回路を１つ又は複数設けてもよい。また、図８（Ｂ）に示す携帯型情報端末に、外部との信号の送受信を行うアンテナを設けてもよい。
【０３１３】
図８（Ｂ）に示す携帯型情報端末は、例えば電話機、電子書籍、パーソナルコンピュータ、及び遊技機の一つ又は複数としての機能を有する。
【０３１４】
図８（Ｃ）に示す電子機器は、設置型情報端末の例である。図８（Ｃ）に示す設置型情報端末は、筐体１００１ｃと、筐体１００１ｃに設けられた表示部１００２ｃと、を具備する。
【０３１５】
なお、表示部１００２ｃを、筐体１００１ｃにおける甲板部１００８に設けることもできる。
【０３１６】
また、図８（Ｃ）に示す設置型情報端末は、筐体１００１ｃの中に、上記実施の形態の入出力装置におけるＣＰＵと、記憶回路と、画像処理回路と、外部機器とＣＰＵ、記憶回路、及び画像処理回路との信号の送受信を行うインターフェースと、を備える。なお、筐体１００１ｃの中に、特定の機能を有する集積回路を一つ又は複数設けてもよい。また、図８（Ｃ）に示す設置型情報端末に、外部との信号の送受信を行うアンテナを設けてもよい。
【０３１７】
さらに、図８（Ｃ）に示す設置型情報端末における筐体１００１ｃの側面１００３ｃに券などを出力する券出力部、硬貨投入部、及び紙幣挿入部の一つ又は複数を設けてもよい。
【０３１８】
図８（Ｃ）に示す設置型情報端末は、例えば現金自動預け払い機、券などの注文をするための情報通信端末（マルチメディアステーションともいう）、又は遊技機としての機能を有する。
【０３１９】
図８（Ｄ）は、設置型情報端末の例である。図８（Ｄ）に示す設置型情報端末は、筐体１００１ｄと、筐体１００１ｄに設けられた表示部１００２ｄと、を具備する。なお、筐体１００１ｄを支持する支持台を設けてもよい。
【０３２０】
なお、筐体１００１ｄの側面１００３ｄに外部機器に接続させるための接続端子、及び図８（Ｄ）に示す設置型情報端末を操作するためのボタンの一つ又は複数を設けてもよい。
【０３２１】
また、図８（Ｄ）に示す設置型情報端末は、筐体１００１ｄの中に、上記実施の形態の入出力装置におけるＣＰＵと、記憶回路と、画像処理回路と、外部機器とＣＰＵ、記憶回路、及び画像処理回路との信号の送受信を行うインターフェースと、を備えてもよい。また、筐体１００１ｄの中に、特定の機能を有する集積回路を一つ又は複数設けてもよい。また、図８（Ｄ）に示す設置型情報端末に、外部との信号の送受信を行うアンテナを設けてもよい。
【０３２２】
図８（Ｄ）に示す設置型情報端末は、例えばデジタルフォトフレーム、入出力モニタ、又はテレビジョン装置としての機能を有する。
【０３２３】
上記実施の形態の入出力装置における入出力部及び入出力制御部は、例えば電子機器の表示部として用いられ、例えば図８（Ａ）乃至図８（Ｄ）に示す表示部１００２ａ乃至表示部１００２ｄとして用いられる。また、図８（Ｂ）に示す表示部１００５として上記実施の形態の入出力装置における入出力部を用いてもよい。
【０３２４】
図８を用いて説明したように、本実施の形態の電子機器の一例は、上記実施の形態における入出力装置が用いられた表示部を具備する構成である。上記構成にすることにより、例えば指又はペンを用いて電子機器の操作又は電子機器への情報の入力を行うことができる。
【０３２５】
また、本実施の形態の電子機器の一例では、筐体に、入射する照度に応じて電源電圧を生成する光電変換部、及び入出力装置を操作する操作部のいずれか一つ又は複数を設けてもよい。例えば光電変換部を設けることにより、外部電源が不要となるため、外部電源が無い場所であっても、上記電子機器を長時間使用することができる。
【符号の説明】
【０３２６】
１０１    入出力部
１０１ａ    表示回路制御部
１０１ｂ    光検出回路制御部
１０１ｃ    光源部
１０１ｄ    画素部
１０２    入出力制御部
１０３    データ処理部
１１１    表示駆動回路
１１２    表示データ信号出力回路
１１３    光検出駆動回路
１１４    ライトユニット
１１５ｄ    表示回路
１１５ｐ    光検出回路
１１６    回路
１２１    表示回路制御部
１２２    光検出回路制御部
１３１    画像処理回路
１３２    記憶回路
１３３    ＣＰＵ
１４２ａ    被読み取り物
１４２ｂ    被読み取り物
１４３    ボタン画像
１４４ａ    被読み取り物画像
１４４ｂ    被読み取り物画像
１４４ｃ    被読み取り物画像
１４４ｄ    被読み取り物画像
１５１ａ    光電変換素子
１５１ｂ    光電変換素子
１５１ｃ    光電変換素子
１５２ａ    トランジスタ
１５２ｂ    トランジスタ
１５２ｃ    トランジスタ
１５３ａ    トランジスタ
１５３ｂ    トランジスタ
１５３ｃ    トランジスタ
１５４    トランジスタ
１５５    トランジスタ
１５６    容量素子
１６１ａ    トランジスタ
１６１ｂ    トランジスタ
１６２ａ    液晶素子
１６２ｂ    液晶素子
１６３ａ    容量素子
１６３ｂ    容量素子
１６４    容量素子
１６５    トランジスタ
１６６    トランジスタ
４００ａ    基板
４００ｂ    基板
４００ｃ    基板
４０１ａ    導電層
４０１ｂ    導電層
４０１ｃ    導電層
４０２ａ    絶縁層
４０２ｂ    絶縁層
４０２ｃ    絶縁層
４０３ａ    酸化物半導体層
４０３ｂ    酸化物半導体層
４０３ｃ    酸化物半導体層
４０５ａ    導電層
４０５ｂ    導電層
４０５ｃ    導電層
４０６ａ    導電層
４０６ｂ    導電層
４０６ｃ    導電層
４０７ａ    絶縁層
４０７ｂ    絶縁層
４０８ａ    導電層
４０８ｂ    導電層
４４７    絶縁層
１００１ａ    筐体
１００１ｂ    筐体
１００１ｃ    筐体
１００１ｄ    筐体
１００２ａ    表示部
１００２ｂ    表示部
１００２ｃ    表示部
１００２ｄ    表示部
１００３ａ    側面
１００３ｂ    側面
１００３ｃ    側面
１００３ｄ    側面
１００４    筐体
１００５    表示部
１００６    軸部
１００７    側面
１００８    甲板部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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